專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然多糖聚合物的功能化反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
纖維素衍生物是以纖維素高分子中的羥基與化學(xué)試劑發(fā)生酯化或醚化反應(yīng)后的生成物，其具有優(yōu)良的水溶解性、表面活性、穩(wěn)定膠體、生態(tài)和生物相容等性質(zhì)，能起到分散、乳化、增稠、粘合、成膜和保水等作用，其應(yīng)用范圍涵蓋了從一般民用、工業(yè)及至新材料等眾多技術(shù)領(lǐng)域，且處于不斷拓展過(guò)程中，是十分重要的精細(xì)功能高分子材料。對(duì)纖維素的陽(yáng)離子化反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)纖維素功能化應(yīng)用的重要技術(shù)內(nèi)容之一。纖維素通過(guò)陽(yáng)離子反應(yīng)過(guò)程，可以獲得優(yōu)異或特殊的水溶、抗菌、抗靜電、PH穩(wěn)定和絮凝等性能，因此能夠廣泛應(yīng)用于日化、紡織、造紙和采油等技術(shù)領(lǐng)域，也在新型抗菌和抗靜電材料、藥用輔料及載體材料和基因轉(zhuǎn)染材料等新興技術(shù)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。目前，有關(guān)天然纖維素陽(yáng)離子化反應(yīng)改性的研究報(bào)道并不多，現(xiàn)有的工作還不能滿(mǎn)足陽(yáng)離子纖維素商業(yè)化開(kāi)發(fā)的技術(shù)的需求。存在的較典型的問(wèn)題如趙耀明等采用在非均相反應(yīng)體系中，以堿性棉短絨纖維素為原料、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CTA)為醚化劑合成季銨鹽陽(yáng)離子纖維素醚，工藝過(guò)程需要對(duì)堿化纖維素進(jìn)行多次壓榨和洗滌除堿工藝，操作繁瑣和復(fù)雜，時(shí)耗、物耗、能耗高；Pasteka利用芐基三乙銨氫氧化物溶解纖維素，并與CTA反應(yīng)得到陽(yáng)離子纖維素， 但其取代度只能達(dá)到0. 25左右；Lifeng Yan等以NaOH-尿素水溶液作為纖維素溶劑，以10摩爾當(dāng)量的環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(GTA)與纖維素反應(yīng)Mh，得到取代度為0. 17 0. 50的產(chǎn)物，等等。上述方法總體上講，不同程度都存在著纖維素溶解較差、溶解和反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、中間處理過(guò)程復(fù)雜、設(shè)備配套要求高、技術(shù)成本高、效率低等問(wèn)題，不具備規(guī)?；瘧?yīng)用的可行性。因此，通過(guò)選擇合適的反應(yīng)體系和活化方式改善反應(yīng)效果，并簡(jiǎn)化陽(yáng)離子纖維素的反應(yīng)工藝技術(shù)過(guò)程，對(duì)促進(jìn)其工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，從工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的角度提供一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供通過(guò)上述制備方法得到的高取代度的陽(yáng)離子纖維素。本發(fā)明的另一目的在于提供所述高取代度的陽(yáng)離子纖維素的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，采用“纖維素活化一陽(yáng)離子化反應(yīng)一純化一干燥一產(chǎn)物”工藝過(guò)程，具體包含以下步驟(1)活化攪拌條件下，將纖維素與異丙醇I混合，再加入氫氧化鈉水溶液和活化劑，使分散均勻，于10 30°C預(yù)處理40 80分鐘；(2)陽(yáng)離子化反應(yīng)在步驟⑴得到的物質(zhì)中加入異丙醇II及陽(yáng)離子醚化劑，于 20 80°C反應(yīng)2 4小時(shí)；(3)后處理待步驟( 得到的物質(zhì)冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥處理后，獲得取代度為0. 35 0. 54的高取代度的陽(yáng)離子纖維素；其中纖維素和活化劑按質(zhì)量比1 0. 1 0. 2配比；步驟(1)中所使用的纖維素為天然纖維素，是市售商品，其來(lái)源于如棉、麻、木漿、 草漿纖維或微晶纖維素；步驟(1)中所述的異丙醇I的用量?jī)?yōu)選為與纖維素按質(zhì)量比6 14 1進(jìn)行配比；步驟(1)中將纖維素與異丙醇I混合的條件是常溫常壓下即可；步驟(1)中所述的氫氧化鈉的用量?jī)?yōu)選為與纖維素按質(zhì)量比0. 78 1. 08 1進(jìn)行配比；所述的氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% ；步驟(1)中所述的活化劑為含硼的無(wú)機(jī)物鹽，包括偏硼酸鈉(NaBA · 4H20)、硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)、氟硼酸鈉(NaBF4)、過(guò)硼酸鈉(NaBO3 · 4H20)，優(yōu)選硼酸鈉；步驟O)中所述的異丙醇II的用量?jī)?yōu)選為與纖維素按質(zhì)量比0 8 1進(jìn)行配比；步驟( 所述的陽(yáng)離子醚化劑為含季氮基團(tuán)的環(huán)氧型或鄰羥基鹵代烷型化合物， 具有式I所示的結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于采用“纖維素活化一陽(yáng)離子化反應(yīng)一純化一干燥一產(chǎn)物”工藝過(guò)程，具體為(1)活化攪拌條件下，將纖維素與異丙醇I混合，再加入氫氧化鈉水溶液和活化劑，使分散均勻，于10 30°C預(yù)處理40 80分鐘；(2)陽(yáng)離子化反應(yīng)在步驟(1)得到的物質(zhì)中加入異丙醇II及陽(yáng)離子醚化劑，于20 80°C反應(yīng)2 4小時(shí)；(3)后處理待步驟( 得到的物質(zhì)冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥處理后，獲得取代度為0. 35 0. 54的高取代度的陽(yáng)離子纖維素；所述的活化劑為含硼的無(wú)機(jī)物鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的含硼的無(wú)機(jī)物鹽為偏硼酸鈉、硼酸鈉、氟硼酸鈉或過(guò)硼酸鈉中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子醚化劑具有式I所示的結(jié)構(gòu)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于步驟 (1)中所述的活化劑與纖維素的按質(zhì)量比為0.1 0.2 1配比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于步驟⑴中所述的異丙醇I與纖維素按質(zhì)量比6 14 1配比；步驟(1)中所述的氫氧化鈉與纖維素按質(zhì)量比0. 78 1. 08 1配比；步驟⑵中所述的異丙醇II與纖維素按質(zhì)量比0 8 1配比；步驟O)中所述的陽(yáng)離子醚化劑與纖維素按質(zhì)量比3 4 1配比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高取代度的陽(yáng)離子纖維素的制備方法，其特征在于步驟(1) 中所述的氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。
8.一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素，通過(guò)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的制備方法得到。
9.權(quán)利要求8所述的高取代度陽(yáng)離子纖維素的應(yīng)用，其特征在于所述高取代度的陽(yáng)離子纖維素應(yīng)用于傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域和新興技術(shù)領(lǐng)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高取代度陽(yáng)離子纖維素的應(yīng)用，其特征在于所述的傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槿栈I(lǐng)域、紡織領(lǐng)域、造紙領(lǐng)域、印染領(lǐng)域或采油領(lǐng)域；所述的新興技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榭咕牧?、先進(jìn)藥用輔料、或載體和基因轉(zhuǎn)染材料領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高取代度的陽(yáng)離子纖維素及其制備方法與應(yīng)用。具體為在常溫常壓及非均相體系中，采用“纖維素活化→陽(yáng)離子化反應(yīng)→純化(含過(guò)濾、洗滌)→干燥→產(chǎn)物”工藝過(guò)程，制備陽(yáng)離子化纖維素的反應(yīng)方法首先，在攪拌條件下，將纖維素與異丙醇混合均勻后，并依次加入氫氧化鈉溶液和活化劑，于10～30℃活化40～80分鐘；然后再二次加入異丙醇及陽(yáng)離子醚化劑，在20～80℃反應(yīng)2～4小時(shí)；最后對(duì)反應(yīng)體系降溫，所得粗產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾洗滌等后處理過(guò)程除雜，經(jīng)干燥后得到較高純度和取代度的陽(yáng)離子纖維素產(chǎn)物。按照本發(fā)明所述的制備方法，獲得了取代度為0.35～0.54的陽(yáng)離子纖維素。
文檔編號(hào)C08B11/14GK102268096SQ20111018910
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者李偉, 陳玉放 申請(qǐng)人:中科院廣州化學(xué)有限公司