專利名稱：一種高值化利用植物纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子混合醚合成領(lǐng)域，特別涉及一種高值化利用植物纖維的方法。
背景技術(shù)：
植物纖維是地球上最為豐富的天然有機可再生資源，人類在植物資源利用過程中的高耗低出，加之廢棄木料和非木材植物纖維原料又極少回收利用，造成了資源的嚴重浪費，致使植物資源日益枯竭和生態(tài)環(huán)境嚴重惡化。為了緩解這一矛盾，促使植物纖維利用走資源節(jié)約和廢棄物資源化的道路，近年來科學家們突破了植物纖維化學的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域， 極力尋找進一步提高植物資源利 用率的技術(shù)、方法和應(yīng)用途徑。植物纖維原料包含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要組分，三種組分都含有反應(yīng)活性較高的羥基，可以通過與醚化試劑反應(yīng)生成醚基團，通過控制醚化試劑用量和醚化反應(yīng)時間等因素可以獲得不同取代度的醚化產(chǎn)物，不同取代度的醚化產(chǎn)物將會具有不同的物理化學性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于這一高值化利用植物纖維的理念，將傳統(tǒng)的纖維素乙基化改性移植于植物纖維的化學改性，使木材、蔗渣和竹子等植物資源不用經(jīng)過纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的分離工序，經(jīng)乙基化后得到乙基化木質(zhì)纖維素，這種新的高分子材料可溶于普通有機溶劑，具有熱塑性，能夠與許多樹脂配伍，可用作熱塑性模壓和擠壓成型的樹脂，黏結(jié)劑和樹脂、涂料等的改性劑，并可作為新的化工原料再用于合成其他高分子材料，從而實現(xiàn)植物纖維的高值化利用。本發(fā)明提供的乙基化植物纖維的方法包括使用濃堿液處理粉末狀植物纖維原料， 打開團聚區(qū)域，活化羥基，然后與乙基化試劑在高溫高壓下醚化反應(yīng)制得乙基化木質(zhì)纖維素。具體包括以下操作步驟(1)堿化反應(yīng)堿化反應(yīng)在氮氣氛圍中，將粉末狀植物纖維原料、惰性溶劑、濃堿溶液和固堿進行混合，在密封條件下加熱攪拌反應(yīng)得到堿木質(zhì)纖維素；(2)醚化反應(yīng)堿化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫后加入乙基化試劑，密封加熱攪拌進行反應(yīng)；(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫加酸中和，蒸餾分離惰性溶劑，然后產(chǎn)物用熱水洗滌并干燥，得到乙基化木質(zhì)纖維素。優(yōu)選地，步驟(1)所述濃堿溶液中堿的質(zhì)量為植物纖維原料質(zhì)量的0. 1 3倍， 水的質(zhì)量為植物纖維原料質(zhì)量的0. 1 2倍；所述固堿的加入量為植物纖維原料質(zhì)量的 0. 1 1倍；惰性溶劑的加入量為4 20mL/g植物纖維原料。優(yōu)選地，步驟(1)所述堿化溫度為30 110°C，堿化時間為0. 5 12h。優(yōu)選地，步驟(1)所述濃堿溶液中的堿及固堿均為氫氧化鈉或氫氧化鉀。優(yōu)選地，步驟(1)所述惰性溶劑為甲苯、四氫呋喃、丙酮、異丙醇和叔丁醇中的一種或兩種以上 的混合。優(yōu)選地，步驟⑵所述乙基化試劑的加入量為2 10mL/g植物纖維原料。優(yōu)選地，步驟⑵所述乙基化試劑為溴乙烷或氯乙烷。優(yōu)選地，步驟⑵所述醚化反應(yīng)的溫度為80 150°C;醚化過程中壓力為3-lObar ； 反應(yīng)時間為1 IOh。優(yōu)選地，步驟(3)所述中和使用的酸為醋酸或硝酸；中和后液體PH值控制在6 8之間；洗滌用的熱水溫度為90 100°C。優(yōu)選地，步驟(1)所述植物纖維原料為蔗渣、竹子、麥草或木材纖維原料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點經(jīng)乙基化改性后的植物纖維熱穩(wěn)定性提高，具有熱塑性，能夠溶于常見的有機溶劑中，在某些領(lǐng)域可作為乙基纖維素的替代原料。乙基化木質(zhì)纖維素的溶解性能受乙氧基含量的影響，乙氧基含量在44% 52%的乙基化木質(zhì)纖維素幾乎溶于各種有機溶劑。


圖1是實施例1制備的乙基化木質(zhì)纖維素的紅外光譜圖；圖2是實施例1制備的植物纖維、乙基化木質(zhì)纖維素、乙基纖維素的熱重分析圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1(1)堿化反應(yīng)往高壓反應(yīng)釜中(美國PARR壓力攪拌反應(yīng)釜-4500系列)通氮氣置換空氣，然后加入四氫呋喃IOOmL,蔗渣10g，50wt% NaOH溶液10g，固體氫氧化鈉10g，密封攪拌，升溫至80V，反應(yīng)1小時后制得堿木質(zhì)纖維素。(2)醚化反應(yīng)待反應(yīng)釜溫度降至常溫，往釜中加入40mL溴乙燒，密封，升溫至 105°C反應(yīng)4小時，醚化過程中壓力為3bar。(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫(25度)加醋酸中和，控制pH值為7，蒸餾分離四氫呋喃，然后產(chǎn)物用沸水洗滌3次至無味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量為42%的乙基化木質(zhì)纖維素。圖1為乙基化木質(zhì)纖維素的紅外光譜圖，圖中3480CHT1出的峰歸屬于羥基的吸收峰，2900CHT1附近的峰歸屬于甲基和亞甲基的伸縮振動峰，llOOcnT1附近的吸收峰為醚鍵的伸縮振動產(chǎn)生，920CHT1和885CHT1兩處弱的吸收峰歸屬于乙基的特征吸收峰。圖2是植物纖維(蔗渣)、乙基化木質(zhì)纖維素、乙基纖維素的熱重分析圖，從圖中可以看出，三種物質(zhì)分別從184、202、198 °C開始降解，50 %的重量損失溫度分別為330、340、345 V，蔗渣乙基化后熱穩(wěn)定性提高，所形成的乙基化木質(zhì)纖維素熱穩(wěn)定性同乙基纖維素相當。實施例2(1)堿化反應(yīng)往高壓反應(yīng)釜中(美國PARR壓力攪拌反應(yīng)釜-4500系列)通氮氣置換空氣，然后加入四氫呋喃IOOmL,桉木粉10g，73wt%Na0H溶液20g，固體氫氧化鈉10g， 密封攪拌，升溫至80°C，反應(yīng)2小時后制得堿纖維素。(2)醚化反應(yīng)待反應(yīng)釜溫度降至常溫，往釜中加入50mL溴乙烷，密封，升溫至120°C反應(yīng)4小時，醚化過程中壓力為4bar。(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫加醋酸中和，控制PH值為7. 5，蒸餾分離四氫呋喃，中和后產(chǎn)物用沸水洗滌3次至無味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量為 50. 2%的乙基化木質(zhì)纖維素。

實施例3(1)堿化反應(yīng)往高壓反應(yīng)釜中(美國PARR壓力攪拌反應(yīng)釜-4500系列)通氮氣置換空氣，然后加入甲苯40mL，竹粉10g，50wt% NaOH溶液2g，固體氫氧化鈉8g，密封攪拌， 升溫至110°C，反應(yīng)10小時后制得堿木質(zhì)纖維素。(2)醚化反應(yīng)待反應(yīng)釜溫度降至常溫，往釜中加入20mL氯乙烷，密封，升溫至 150°C反應(yīng)1小時，醚化過程中壓力為5bar。(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫(25度)加硝酸中和，控制pH值為6， 蒸餾分離甲苯，然后產(chǎn)物用沸水洗滌3次至無味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量為 40%的乙基化木質(zhì)纖維素。實施例4(1)堿化反應(yīng)往高壓反應(yīng)釜中(美國PARR壓力攪拌反應(yīng)釜-4500系列)通氮氣置換空氣，然后加入丙酮200mL，麥草10g，73wt% NaOH溶液40g，固體氫氧化鈉2g，密封攪拌，升溫至30°C，反應(yīng)3小時后制得堿木質(zhì)纖維素。(2)醚化反應(yīng)待反應(yīng)釜溫度降至常溫，往釜中加入IOOmL溴乙烷，密封，升溫至 80°C反應(yīng)10小時，醚化過程中壓力為3bar。(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫(25度)加醋酸中和，控制pH值為8， 蒸餾分離丙酮，然后產(chǎn)物用沸水洗滌3次至無味后置于60°C下干燥12h，得到乙氧基含量為 48%的乙基化木質(zhì)纖維素。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高值化利用植物纖維的方法，其特征在于，包括以下操作步驟(1)堿化反應(yīng)在氮氣氛圍中，將粉末狀植物纖維原料、惰性溶劑、濃堿溶液和固堿進行混合，在密封條件下加熱攪拌反應(yīng)得到堿木質(zhì)纖維素；(2)醚化反應(yīng)堿化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫后加入乙基化試劑，密封加熱攪拌進行反應(yīng)；(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫加酸中和，蒸餾分離惰性溶劑，然后產(chǎn)物用熱水洗滌并干燥，得到乙基化木質(zhì)纖維素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述濃堿溶液中堿的質(zhì)量為植物纖維原料質(zhì)量的0. 1 3倍，水的質(zhì)量為植物纖維原料質(zhì)量的0. 1 2倍；所述固堿的加入量為植物纖維原料質(zhì)量的0. 1 1倍；惰性溶劑的加入量為4 20mL/g植物纖維原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述堿化溫度為30 110°C，堿化時間為0. 5 12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述濃堿溶液中的堿及固堿均為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述惰性溶劑為甲苯、四氫呋喃、 丙酮、異丙醇和叔丁醇中的一種或兩種以上的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述乙基化試劑的加入量為2 10mL/g植物纖維原料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述乙基化試劑為溴乙烷或氯乙焼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述醚化反應(yīng)的溫度為80 1500C ；醚化過程中壓力為3-10bar ；反應(yīng)時間為1 10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述中和使用的酸為醋酸或硝酸；中和后液體PH值控制在6 8之間；洗滌用的熱水溫度為90 100°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述植物纖維原料為蔗渣、竹子、麥草或木材纖維原料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高值化利用植物纖維的方法，包括以下操作步驟(1)堿化反應(yīng)在氮氣氛圍中，將粉末狀植物纖維原料、惰性溶劑、濃堿溶液和固堿進行混合，在密封條件下加熱攪拌反應(yīng)得到堿木質(zhì)纖維素；(2)醚化反應(yīng)堿化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫后加入乙基化試劑，密封加熱攪拌進行反應(yīng)；(3)產(chǎn)物提取醚化反應(yīng)結(jié)束后，降至常溫加酸中和，蒸餾分離惰性溶劑，然后產(chǎn)物用熱水洗滌并干燥，得到乙基化木質(zhì)纖維素。經(jīng)乙基化改性后的植物纖維熱穩(wěn)定性提高，具有熱塑性，能夠溶于常見的有機溶劑中，在某些領(lǐng)域可作為乙基纖維素的替代原料。
文檔編號C08H8/00GK102382311SQ201110238458
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者付時雨, 張亮亮, 謝傳龍 申請人:華南理工大學