专利名称：一种阳离子型半纤维素的制备方法
技术领域：
本发明涉及半纤维素改性领域，尤其涉及一种阳离子型半纤维素的制备方法。
背景技术：
传统的天然高分子反应如酯化、醚化、接枝共聚反应都是在非均相体系中进行的。 如果这些反应在均相体系中进行，就能有效地控制衍生物的取代度，有规律地将取代基团 引入到天然高分子主链上，比非均相条件更好地控制所得产品的物理化学性质，有利于提 高反应速度和产品性质的均一性，扩大了其应用范围。二甲基亚砜(DMSO)分子式为(CH3)2SO,常温为无色透明液体，具有高极性、高吸 湿性、高沸点及可燃性，毒性低，热稳定性好等特点，能溶于水、乙醇、丙酮、苯和氯仿等大多 数有机物，是一种强极性惰性溶剂。二甲基亚砜一向被称为(万能溶媒)和(万能药)，广 泛应用在石油化工、医药、农药、芳烃抽提、人造羊毛、电子和国防工业中。二甲基亚砜在化 学反应中起到反应溶剂、反应试剂的双重作用，对某些不能实现的反应在DMSO中能顺利进 行，对某些化学反应具有加速、催化作用，能提高效率，改变产品性能。对于天然高分子半纤维素的季铵化反应，乙醇作为反应介质起到两个作用一个 是反应介质；一个是半纤维素的润胀抑制剂，在反应过程中抑制了半纤维素的润胀，防止合 成过程中体系粘度太大。然而乙醇做反应介质时改性半纤维素的取代度太低，这是由于半 纤维素在乙醇中以颗粒状形式存在，阻滞了季铵化试剂进入半纤维素颗粒内部与半纤维素 发生季铵化反应。当水作为反应介质时，虽然改性半纤维素的取代度很大，但是半纤维素直 接裸露于碱性环境中，使得半纤维素发生明显的降解。因此寻求一种合适的溶剂十分必要， 能够减少半纤维素的降解并且能够提高半纤维素的取代度。目前，尚未见关于半纤维素在二甲基亚砜体系的季铵化反应的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够得到分子量高、降解程度 低、取代度适中的阳离子型半纤维素，且易控制，易工业化的阳离子型半纤维素的制备方法。本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的一种阳离子型半纤维素的制备方法，该方法是采用二甲基亚砜作为反应介质，利 用半纤维素在二甲基亚砜体系的季铵化反应，从而制备得到分子量高、降解程度低、取代度 适中的阳离子型半纤维素。上述阳离子型半纤维素的制备方法，具体包括如下步骤步骤1 用KOH溶液抽提脱木素的蔗渣，然后对滤液中溶解的半纤维素进行纯化与 分离；步骤2 将步骤1中提纯烘干后的半纤维素经蒸馏水活化处理，处理温度为60 85 °C，处理时间为5 30min ；
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步骤3 向步骤2活化处理后的体系中加入二甲基亚砜，在80 120°C下，溶解 20 lOOmin，所述二甲基亚砜与蒸馏水的体积比值控制在4 19 ；步骤4 加入相当于半纤维素组成中木聚糖单元0. 2 3. O摩尔倍的催化剂，在 30 60°C下，碱化O 40min ；步骤5 加入相当于半纤维素组分中木聚糖单元0. 5 8. O摩尔倍的季铵化试剂， 在30 80°C下，反应4 24h ；步骤6 将步骤5的反应产物冷却后，用醋酸中和，再用甲醇沉淀，然后用乙醇洗涤 后得到的沉淀，冷冻干燥后，得到所需阳离子型半纤维素。上述步骤1中，脱木素的蔗渣是通过如下方法得到在75°C下，将亚氯酸钠(50g) 和磨碎的蔗渣(50g)加入IOOOml水中，调pH值3. 8 4.0，固液比为1 20(g/mL)，先反 应lh，再加入25g亚氯酸钠，继续反应lh。反应完成后过滤，用蒸馏水彻底洗涤，然后用乙 醇洗涤数次，并在50°C下干燥16h得到综纤维素，则为所述脱木素的蔗渣。上述步骤1中，用KOH溶液抽提脱木素的蔗渣具体工艺过程为脱木素的蔗渣与 KOH溶液的固液比为1 20 1 25g'mrSKOH溶液的浓度为8 10wt% 是重量 百分比，即100公斤KOH溶液中含有KOH为8 10公斤)，处理条件是在20 30°C下KOH 溶液抽提蔗渣中的综纤维素8 12h，因为纤维素不溶于水，所以抽提到溶液中的是半纤维上述步骤3中，所述二甲基亚砜与蒸馏水的体积比值中，蒸馏水的体积量是指步 骤2中用于活化半纤维素的蒸馏水体积量。上述步骤4中，催化剂为KOH、NaOH或Ca (OH) 2中的任意一种。上述步骤5中，季铵化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵或3-氯-2-羟丙基三 甲基氯化铵中的任意一种。上述步骤6中，用醋酸中和是指用6M的醋酸溶液中和体系pH值在6. 0 8. 0之 间。上述步骤6中，用甲醇沉淀是指用纯度为80 %的甲醇进行沉淀处理，用乙醇洗涤 是指先用纯度为90%的乙醇洗涤一次，然后再用纯度为95%的乙醇洗涤两次。所述百分比 均为体积百分比。经过上述方法制备所得阳离子型半纤维素的取代度为0. 05 0. 3。上述制备方法的反应原理方程式如下所示Cl-CH2-CH (OH) -CH2-N+ (CH3) 3CF
权利要求
一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于该方法是采用二甲基亚砜作为反应介质，利用半纤维素在二甲基亚砜体系的季铵化反应，从而制备得到阳离子型半纤维素。
2.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于包括如下步骤步骤1 用KOH溶液抽提脱木素的蔗渣，然后对滤液中溶解的半纤维素进行纯化与分罔；步骤2 将步骤1中提纯烘干后的半纤维素经蒸馏水活化处理，处理温度为60 85°C， 处理时间为5 30min ；步骤3 向步骤2活化处理后的体系中加入二甲基亚砜，在80 120°C下，溶解20 lOOmin，所述二甲基亚砜与蒸馏水的体积比值为4 19 ；步骤4 加入相当于半纤维素组成中木聚糖单元0. 2 3. 0摩尔倍的催化剂，在30 60 °C下，碱化0 40min ；步骤5 加入相当于半纤维素组分中木聚糖单元0. 5 8. 0摩尔倍的季铵化试剂，在 30 80°C下，反应4 24h ；步骤6 将步骤5的反应产物冷却后，用醋酸中和，再用甲醇沉淀，然后用乙醇洗涤后得 到的沉淀，冷冻干燥后，得到所需阳离子型半纤维素。
3.根据权利要求2所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤1 中，脱木素的蔗渣是通过如下方法得到在75°C下，将亚氯酸钠50g和磨碎的蔗渣50g加入 IOOOml水中，调pH值3. 8 4.0，固液比为1 20，先反应lh，再加入25g亚氯酸钠，继续 反应lh，反应完成后过滤，用蒸馏水彻底洗涤，然后用乙醇洗涤数次，并在50°C下干燥16h 得到所述脱木素的蔗渣。
4.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤1 中，用KOH溶液抽提脱木素的蔗渣具体工艺过程为脱木素的蔗渣与KOH溶液的固液比为 1 20 1 25g · πιΓ1，KOH溶液的浓度为8 10wt%，处理条件是在20 30°C下抽提 8 12h。
5.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤4中， 催化剂为KOH、NaOH或Ca (OH) 2中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤5中， 季铵化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵或3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的任意一 种。
7.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤6中， 用醋酸中和是指用6M的醋酸溶液中和体系pH值在6. 0 8. 0之间。
8.根据权利要求1所述一种阳离子型半纤维素的制备方法，其特征在于所述步骤6中， 用甲醇沉淀是指用纯度为80%的甲醇进行沉淀处理，用乙醇洗涤是指先用纯度为90%的 乙醇洗涤一次，然后再用纯度为95%的乙醇洗涤两次，所述百分比均为体积百分比。
全文摘要
本发明公开一种阳离子型半纤维素的制备方法，该方法是采用二甲基亚砜作为反应介质，利用半纤维素在二甲基亚砜体系的季铵化反应，从而制备得到阳离子型半纤维素。本发明提出了一种以二甲基亚砜为反应介质的半纤维素季铵化反应新方法，得到分子量高、降解程度低、取代度适中的阳离子型半纤维素，克服了在强碱性水相体系中制备阳离子型半纤维素而导致半纤维素大规模降解传统方法的缺点。本发明工艺简单，反应条件易于控制，易工业化，所得产物具有阳离子基团和羟基基团，且具有生物可降解性，改性后的半纤维素亲水性大大提高，可广泛应用于造纸、纺织、食品、污水处理等行业。
文档编号C08B37/14GK101974108SQ20101052207
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者任俊莉, 孙润仓, 彭峰, 彭新文 申请人:华南理工大学