一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醋酸纖維素，尤其是涉及一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維 素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 醋酸纖維是20世紀(jì)初誕生的，于20世紀(jì)20年代初由英國(guó)試制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè) 化，目前在纖維素纖維的品種中是僅次于粘膠纖維的第二大品種。它可用于制造紡織品、煙 用濾嘴、片基、塑料制品等，它分為二型醋酸纖維和三型醋酸纖維。二醋片通過(guò)紡絲可制成 紡織用二型醋酸纖維和煙用絲束，三醋片主要用來(lái)做感光材料的片基，亦可通過(guò)紡絲制成 紡織用三型醋酸纖維。除此之外，醋酸纖維素還在塑料和膜領(lǐng)域有著廣泛地運(yùn)用。傳統(tǒng)醋 酸纖維素合成法，以冰醋酸為活化劑和溶劑，以濃硫酸為催化劑，以醋酸酐為酯化試劑進(jìn)行 酯化反應(yīng)，由于濃硫酸的存在傳統(tǒng)方法有腐蝕設(shè)備嚴(yán)重、硫酸殘留、產(chǎn)生大量廢酸等缺點(diǎn)。
[0003] 中國(guó)專(zhuān)利CN103613672A公開(kāi)一種以離子液體為催化劑制備醋酸纖維素的方法， 將纖維素100重量份、醋酸酐300~900重量份和離子液體10~80重量份依次加入反應(yīng)容 器中，于溫度80~120°C攪拌反應(yīng)1~6h，反應(yīng)物冷卻至室溫，每次加入乙醇或水1000~ 3000重量份洗滌2~3次，靜置分層，取下層物質(zhì)，得到醋酸纖維素。其中，離子液體為N-甲 基咪唑鹽酸鹽，N-甲基咪唑硫酸氫鹽或1-乙烯基-3-(3-磺丙基）咪唑硫酸氫鹽中的任一 種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)采用現(xiàn)有催化劑合成醋酸纖維素所存在的缺陷，提供一種以 乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法。
[0005] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0006] 將微晶纖維素干燥后放入反應(yīng)器，加入冰醋酸活化微晶纖維素，依次加入醋酸酐 和鐵鹽催化劑，進(jìn)行酯化反應(yīng)后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾后，洗滌，烘干，即得 醋酸纖維素。
[0007] 所述干燥的溫度可為45~85°C，干燥的時(shí)間可為4~24h;干燥后的微晶纖維 素最終含水率按質(zhì)量百分比最好不高于1% ;所述微晶纖維素、冰醋酸、醋酸酐的配比可為 (1~10)g: (10~50)mL: (10~30)mL，其中，微晶纖維素以質(zhì)量計(jì)算，冰醋酸和醋酸酐 以體積計(jì)算；所述活化的溫度可為40~60°C，活化的時(shí)間可為0. 5~4h;所述鐵鹽催化劑 可采用乙酸溶性鐵鹽，所述乙酸溶性鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵等中的一種；所 述酯化反應(yīng)的溫度可為40~60°C，酯化反應(yīng)的時(shí)間可為0. 1~5h;所述洗滌可采用去離子 水洗滌；所述烘干的溫度可為45~85°C，烘干的時(shí)間可為4~24h。
[0008] 本發(fā)明以乙酸溶性鐵鹽作為綠色催化劑替代濃硫酸，用于纖維素的乙?；磻?yīng)， 能制備高取代度的醋酸纖維素。
[0009] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] I、相對(duì)傳統(tǒng)硫酸催化劑，在工業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)產(chǎn)生大量廢酸。
[0011] 2、相對(duì)傳統(tǒng)硫酸催化劑，不會(huì)發(fā)生硫酸未洗干凈干燥過(guò)程中發(fā)生變色并伴有酸 味，影響后期應(yīng)用。
[0012] 3、相對(duì)傳統(tǒng)硫酸催化劑，鐵鹽催化對(duì)纖維素的腐蝕性相對(duì)更小，并且不會(huì)腐蝕設(shè) 備。
[0013] 4、鐵鹽催化劑在催化過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果，得到了高取代度的醋酸纖維 素。
[0014] 5、操作簡(jiǎn)便，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為FeCl3催化合成的醋酸纖維素的FTIR譜圖。
[0016] 圖2為FeCl3催化合成的醋酸纖維素的1H NMR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 將微晶纖維素放置烘箱中，45°C干燥24h，隨后取0. 5g在105°C下測(cè)定含水率。取 3g微晶纖維素于平底燒瓶中，加入30mL冰醋酸在50°C下勻速攪拌2h以活化微晶纖維素。 隨后加入ISmL醋酸酐攪拌均勻，并加入適量的氯化鐵催化劑，在50°C下酯化lh。反應(yīng)結(jié)束 后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾，用去離子水洗滌干凈醋酸纖維。隨后，把洗滌干凈 的醋酸纖維素放在烘箱中，45°C干燥24h。隨后測(cè)定醋酸纖維的取代度，詳見(jiàn)表1所示。
[0020] 實(shí)施例2
[0021] 將微晶纖維素放置烘箱中，45°C干燥24h，隨后取0.5g在105°C下測(cè)定含水率。取 3g微晶纖維素于平底燒瓶中，加入30mL冰醋酸在50°C下勻速攪拌2h以活化微晶纖維素。 隨后加入ISmL醋酸酐攪拌均勻，并加入適量的硫酸鐵催化劑，在50°C下酯化lh。反應(yīng)結(jié)束 后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾，用去離子水洗滌干凈醋酸纖維。隨后，把洗滌干凈 的醋酸纖維素放在烘箱中，45°C干燥24h。隨后測(cè)定醋酸纖維的取代度，詳見(jiàn)表1所示。
[0022] 實(shí)施例3
[0023] 將微晶纖維素放置烘箱中，45°C干燥24h，隨后取0.5g在105°C下測(cè)定含水率。取 3g微晶纖維素于平底燒瓶中，加入30mL冰醋酸在50°C下勻速攪拌2h以活化微晶纖維素。 隨后加入ISmL醋酸酐攪拌均勻，并加入適量的硫酸亞鐵催化劑，在50°C下酯化lh。反應(yīng)結(jié) 束后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾，用去離子水洗滌干凈醋酸纖維。隨后，把洗滌干 凈的醋酸纖維素放在烘箱中，45°C干燥24h。隨后測(cè)定醋酸纖維的取代度，乙酸溶性鐵鹽催 化合成醋酸纖維素的取代度詳見(jiàn)表1。
[0024]表1
[0025]
[0026] 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試：
[0027] 1、采用紅外光譜對(duì)醋酸纖維素結(jié)構(gòu)表征，詳見(jiàn)圖1。
[0028] 2、采用XRD對(duì)醋酸纖維素結(jié)構(gòu)表征，詳見(jiàn)圖2。
[0029] 3、采用化學(xué)滴定法測(cè)定醋酸纖維素的取代度，詳見(jiàn)表1。
[0030] 結(jié)果表明：紅外譜圖中，在1748cm1處出現(xiàn)了一強(qiáng)的尖銳吸收峰，此峰為酯基中 的C= 0特征吸收峰；在1371cm1處出現(xiàn)的峰為乙酰基中的C-H振動(dòng)峰；在1236cm1處的 吸收峰是酯基中C-O伸縮振動(dòng)峰。1HNMR譜圖中，在1. 95~2. 13ppm出現(xiàn)乙酰基中的氫質(zhì) 子峰，在3. 54~5. 07ppm處出現(xiàn)葡萄糖殘基上的7個(gè)氫質(zhì)子峰。由以上數(shù)據(jù)表明以乙酸溶 性鐵鹽為催化劑成功制備出醋酸纖維素。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在于其具體步驟如 下： 將微晶纖維素干燥后放入反應(yīng)器，加入冰醋酸活化微晶纖維素，依次加入醋酸酐和鐵 鹽催化劑，進(jìn)行酯化反應(yīng)后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾后，洗滌，烘干，即得醋酸 纖維素。2. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述干燥的溫度為45~85°C，干燥的時(shí)間為4~24h。3. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于干燥后的微晶纖維素最終含水率按質(zhì)量百分比不高于1%。4. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述微晶纖維素、冰醋酸、醋酸酐的配比為（1~l〇)g : (10~50)mL : (10~30)mL，其 中，微晶纖維素以質(zhì)量計(jì)算，冰醋酸和醋酸酐以體積計(jì)算。5. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述活化的溫度為40~60°C，活化的時(shí)間為0. 5~4h。6. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述鐵鹽催化劑采用乙酸溶性鐵鹽。7. 如權(quán)利要求6所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述乙酸溶性鐵鹽選自氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵中的一種。8. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述酯化反應(yīng)的溫度為40~60°C，酯化反應(yīng)的時(shí)間為0. 1~5h。9. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征在 于所述洗滌采用去離子水洗滌。10. 如權(quán)利要求1所述一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，其特征 在于所述烘干的溫度為45~85°C，烘干的時(shí)間為4~24h。
【專(zhuān)利摘要】一種以乙酸溶性鐵鹽為催化劑合成醋酸纖維素的方法，涉及醋酸纖維素。將微晶纖維素干燥后放入反應(yīng)器，加入冰醋酸活化微晶纖維素，依次加入醋酸酐和鐵鹽催化劑，進(jìn)行酯化反應(yīng)后，加入去離子水沉淀出醋酸纖維，抽濾后，洗滌，烘干，即得醋酸纖維素。以乙酸溶性鐵鹽作為綠色催化劑替代濃硫酸，用于纖維素的乙?；磻?yīng)，能制備高取代度的醋酸纖維素。在工業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)產(chǎn)生大量廢酸。不會(huì)發(fā)生硫酸未洗干凈干燥過(guò)程中發(fā)生變色并伴有酸味，影響后期應(yīng)用。鐵鹽催化對(duì)纖維素的腐蝕性相對(duì)更小，并且不會(huì)腐蝕設(shè)備。鐵鹽催化劑在催化過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果，得到了高取代度的醋酸纖維素。操作簡(jiǎn)便，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】C08B3/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105085690
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510518914
【發(fā)明人】龍敏南, 李成國(guó), 劉健, 甘禮惠
【申請(qǐng)人】廈門(mén)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月21日