专利名称：一种高值化利用植物纤维的方法
技术领域：
本发明属于高分子混合醚合成领域，特别涉及一种高值化利用植物纤维的方法。
背景技术：
植物纤维是地球上最为丰富的天然有机可再生资源，人类在植物资源利用过程中的高耗低出，加之废弃木料和非木材植物纤维原料又极少回收利用，造成了资源的严重浪费，致使植物资源日益枯竭和生态环境严重恶化。为了缓解这一矛盾，促使植物纤维利用走资源节约和废弃物资源化的道路，近年来科学家们突破了植物纤维化学的传统研究领域， 极力寻找进一步提高植物资源利 用率的技术、方法和应用途径。植物纤维原料包含纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分，三种组分都含有反应活性较高的羟基，可以通过与醚化试剂反应生成醚基团，通过控制醚化试剂用量和醚化反应时间等因素可以获得不同取代度的醚化产物，不同取代度的醚化产物将会具有不同的物理化学性质。
发明内容
本发明正是基于这一高值化利用植物纤维的理念，将传统的纤维素乙基化改性移植于植物纤维的化学改性，使木材、蔗渣和竹子等植物资源不用经过纤维素、半纤维素和木质素的分离工序，经乙基化后得到乙基化木质纤维素，这种新的高分子材料可溶于普通有机溶剂，具有热塑性，能够与许多树脂配伍，可用作热塑性模压和挤压成型的树脂，黏结剂和树脂、涂料等的改性剂，并可作为新的化工原料再用于合成其他高分子材料，从而实现植物纤维的高值化利用。本发明提供的乙基化植物纤维的方法包括使用浓碱液处理粉末状植物纤维原料， 打开团聚区域，活化羟基，然后与乙基化试剂在高温高压下醚化反应制得乙基化木质纤维素。具体包括以下操作步骤(1)碱化反应碱化反应在氮气氛围中，将粉末状植物纤维原料、惰性溶剂、浓碱溶液和固碱进行混合，在密封条件下加热搅拌反应得到碱木质纤维素；(2)醚化反应碱化反应结束后，降至常温后加入乙基化试剂，密封加热搅拌进行反应；(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温加酸中和，蒸馏分离惰性溶剂，然后产物用热水洗涤并干燥，得到乙基化木质纤维素。优选地，步骤(1)所述浓碱溶液中碱的质量为植物纤维原料质量的0. 1 3倍， 水的质量为植物纤维原料质量的0. 1 2倍；所述固碱的加入量为植物纤维原料质量的 0. 1 1倍；惰性溶剂的加入量为4 20mL/g植物纤维原料。优选地，步骤(1)所述碱化温度为30 110°C，碱化时间为0. 5 12h。优选地，步骤(1)所述浓碱溶液中的碱及固碱均为氢氧化钠或氢氧化钾。优选地，步骤(1)所述惰性溶剂为甲苯、四氢呋喃、丙酮、异丙醇和叔丁醇中的一种或两种以上 的混合。优选地，步骤⑵所述乙基化试剂的加入量为2 10mL/g植物纤维原料。优选地，步骤⑵所述乙基化试剂为溴乙烷或氯乙烷。优选地，步骤⑵所述醚化反应的温度为80 150°C;醚化过程中压力为3-lObar ； 反应时间为1 IOh。优选地，步骤(3)所述中和使用的酸为醋酸或硝酸；中和后液体PH值控制在6 8之间；洗涤用的热水温度为90 100°C。优选地，步骤(1)所述植物纤维原料为蔗渣、竹子、麦草或木材纤维原料。本发明与现有技术相比具有如下优点经乙基化改性后的植物纤维热稳定性提高，具有热塑性，能够溶于常见的有机溶剂中，在某些领域可作为乙基纤维素的替代原料。乙基化木质纤维素的溶解性能受乙氧基含量的影响，乙氧基含量在44% 52%的乙基化木质纤维素几乎溶于各种有机溶剂。
图1是实施例1制备的乙基化木质纤维素的红外光谱图；图2是实施例1制备的植物纤维、乙基化木质纤维素、乙基纤维素的热重分析图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1(1)碱化反应往高压反应釜中(美国PARR压力搅拌反应釜-4500系列)通氮气置换空气，然后加入四氢呋喃IOOmL,蔗渣10g，50wt% NaOH溶液10g，固体氢氧化钠10g，密封搅拌，升温至80V，反应1小时后制得碱木质纤维素。(2)醚化反应待反应釜温度降至常温，往釜中加入40mL溴乙烧，密封，升温至 105°C反应4小时，醚化过程中压力为3bar。(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温(25度)加醋酸中和，控制pH值为7，蒸馏分离四氢呋喃，然后产物用沸水洗涤3次至无味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量为42%的乙基化木质纤维素。图1为乙基化木质纤维素的红外光谱图，图中3480CHT1出的峰归属于羟基的吸收峰，2900CHT1附近的峰归属于甲基和亚甲基的伸缩振动峰，llOOcnT1附近的吸收峰为醚键的伸缩振动产生，920CHT1和885CHT1两处弱的吸收峰归属于乙基的特征吸收峰。图2是植物纤维(蔗渣)、乙基化木质纤维素、乙基纤维素的热重分析图，从图中可以看出，三种物质分别从184、202、198 °C开始降解，50 %的重量损失温度分别为330、340、345 V，蔗渣乙基化后热稳定性提高，所形成的乙基化木质纤维素热稳定性同乙基纤维素相当。实施例2(1)碱化反应往高压反应釜中(美国PARR压力搅拌反应釜-4500系列)通氮气置换空气，然后加入四氢呋喃IOOmL,桉木粉10g，73wt%Na0H溶液20g，固体氢氧化钠10g， 密封搅拌，升温至80°C，反应2小时后制得碱纤维素。(2)醚化反应待反应釜温度降至常温，往釜中加入50mL溴乙烷，密封，升温至120°C反应4小时，醚化过程中压力为4bar。(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温加醋酸中和，控制PH值为7. 5，蒸馏分离四氢呋喃，中和后产物用沸水洗涤3次至无味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量为 50. 2%的乙基化木质纤维素。
实施例3(1)碱化反应往高压反应釜中(美国PARR压力搅拌反应釜-4500系列)通氮气置换空气，然后加入甲苯40mL，竹粉10g，50wt% NaOH溶液2g，固体氢氧化钠8g，密封搅拌， 升温至110°C，反应10小时后制得碱木质纤维素。(2)醚化反应待反应釜温度降至常温，往釜中加入20mL氯乙烷，密封，升温至 150°C反应1小时，醚化过程中压力为5bar。(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温(25度)加硝酸中和，控制pH值为6， 蒸馏分离甲苯，然后产物用沸水洗涤3次至无味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量为 40%的乙基化木质纤维素。实施例4(1)碱化反应往高压反应釜中(美国PARR压力搅拌反应釜-4500系列)通氮气置换空气，然后加入丙酮200mL，麦草10g，73wt% NaOH溶液40g，固体氢氧化钠2g，密封搅拌，升温至30°C，反应3小时后制得碱木质纤维素。(2)醚化反应待反应釜温度降至常温，往釜中加入IOOmL溴乙烷，密封，升温至 80°C反应10小时，醚化过程中压力为3bar。(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温(25度)加醋酸中和，控制pH值为8， 蒸馏分离丙酮，然后产物用沸水洗涤3次至无味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量为 48%的乙基化木质纤维素。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高值化利用植物纤维的方法，其特征在于，包括以下操作步骤(1)碱化反应在氮气氛围中，将粉末状植物纤维原料、惰性溶剂、浓碱溶液和固碱进行混合，在密封条件下加热搅拌反应得到碱木质纤维素；(2)醚化反应碱化反应结束后，降至常温后加入乙基化试剂，密封加热搅拌进行反应；(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温加酸中和，蒸馏分离惰性溶剂，然后产物用热水洗涤并干燥，得到乙基化木质纤维素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述浓碱溶液中碱的质量为植物纤维原料质量的0. 1 3倍，水的质量为植物纤维原料质量的0. 1 2倍；所述固碱的加入量为植物纤维原料质量的0. 1 1倍；惰性溶剂的加入量为4 20mL/g植物纤维原料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碱化温度为30 110°C，碱化时间为0. 5 12h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述浓碱溶液中的碱及固碱均为氢氧化钠或氢氧化钾。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述惰性溶剂为甲苯、四氢呋喃、 丙酮、异丙醇和叔丁醇中的一种或两种以上的混合。
6.根据权利要求1 5任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述乙基化试剂的加入量为2 10mL/g植物纤维原料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述乙基化试剂为溴乙烷或氯乙焼。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述醚化反应的温度为80 1500C ；醚化过程中压力为3-10bar ；反应时间为1 10h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述中和使用的酸为醋酸或硝酸；中和后液体PH值控制在6 8之间；洗涤用的热水温度为90 100°C。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述植物纤维原料为蔗渣、竹子、麦草或木材纤维原料。
全文摘要
本发明公开了一种高值化利用植物纤维的方法，包括以下操作步骤(1)碱化反应在氮气氛围中，将粉末状植物纤维原料、惰性溶剂、浓碱溶液和固碱进行混合，在密封条件下加热搅拌反应得到碱木质纤维素；(2)醚化反应碱化反应结束后，降至常温后加入乙基化试剂，密封加热搅拌进行反应；(3)产物提取醚化反应结束后，降至常温加酸中和，蒸馏分离惰性溶剂，然后产物用热水洗涤并干燥，得到乙基化木质纤维素。经乙基化改性后的植物纤维热稳定性提高，具有热塑性，能够溶于常见的有机溶剂中，在某些领域可作为乙基纤维素的替代原料。
文档编号C08H8/00GK102382311SQ201110238458
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者付时雨, 张亮亮, 谢传龙 申请人:华南理工大学