一種木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及木質(zhì)纖維的化學(xué)改性方法，具體涉及一種木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]自古以來，木質(zhì)纖維一直作為工程材料應(yīng)用于建筑、家具等行業(yè)。然而由于木質(zhì)纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能通過刨、釘、鋸等方式簡單加工，難以通過現(xiàn)代化技術(shù)加工成型；此夕卜，木質(zhì)纖維具有不耐腐蝕、容易降解的等缺點(diǎn)，限制了木質(zhì)纖維的高值化開發(fā)利用。
[0003]化學(xué)改性是對木質(zhì)纖維高值化利用的一種重要途徑。通過化學(xué)改性，可以有效的改善木質(zhì)纖維的尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、疏水性等性能。有研究表明，化學(xué)改性的木質(zhì)纖維能夠溶解于常規(guī)有機(jī)溶劑中，擴(kuò)寬了木質(zhì)纖維的加工方式。
[0004]過去對木質(zhì)纖維化學(xué)改性主要是采用非均相改性技術(shù)。非均相改性中，產(chǎn)物分離容易，但是反應(yīng)試劑僅能停留在木質(zhì)纖維的非晶區(qū)，而無法進(jìn)入晶區(qū)，導(dǎo)致反應(yīng)效率低下、反應(yīng)分布不均勻。采用非均相化學(xué)改性技術(shù)，木質(zhì)纖維組分中，只有木質(zhì)素和部分的半纖維素參與反應(yīng)，而纖維素則幾乎不會(huì)參與反應(yīng)。
[0005]近年來，研究人員開發(fā)了木質(zhì)纖維的均相化學(xué)改性技術(shù)，能夠有效的克服非均相改性的反應(yīng)效率低下、反應(yīng)分布不均勻等缺點(diǎn)。但是目前開發(fā)的均相改性技術(shù)中，根據(jù)酯化試劑的不同，產(chǎn)生相應(yīng)的酸作為副產(chǎn)物。酸的生成回導(dǎo)致木質(zhì)纖維組分的嚴(yán)重降解，導(dǎo)致改性得率低下。
[0006]采用轉(zhuǎn)酯化改性技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的酸作為副產(chǎn)物，可以有效的克服木質(zhì)纖維降解的問題。然而，通常情況下，木質(zhì)纖維的轉(zhuǎn)酯化改性需要加入催化劑。反應(yīng)完成后，催化劑難以分離，殘留于木質(zhì)纖維之中，影響木質(zhì)纖維產(chǎn)品的使用。對木質(zhì)纖維在無催化劑條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性技術(shù)還有待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，該方法利用離子液體作為溶劑，在無需添加任何催化劑情況下，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維的均相轉(zhuǎn)酯化改性。
[0008]本發(fā)明的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009](I)、將木質(zhì)纖維溶解于離子液體中，木質(zhì)纖維在離子液體中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?20%，得到木質(zhì)纖維溶液；
[0010](2)、將轉(zhuǎn)酯化試劑加入到步驟(I)的木質(zhì)纖維溶液中，轉(zhuǎn)酯化試劑質(zhì)量與木質(zhì)纖維質(zhì)量比為0.1:1?20:1，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0011](3)、將步驟(2)的反應(yīng)溶液倒入沉淀劑中，控制沉淀劑體積與反應(yīng)溶液的質(zhì)量比為5:1?50:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到均相酯化改性木質(zhì)纖維。
[0012]步驟(I)所述的溶解，優(yōu)選，溶解溫度為50?170°C，溶解時(shí)間為0.2?48h。
[0013]步驟(2)所述的轉(zhuǎn)酯化改性處理，優(yōu)選，反應(yīng)溫度為30?110°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5 ?4h。
[0014]所述的木質(zhì)纖維，優(yōu)選為桉木、楊木、松木、竹子、甘鹿渣、稻草、玉米桿或麥桿中的一種或多種。
[0015]所述的離子液體，優(yōu)選為1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑甲酸鹽、1-丁基-3甲基咪唑甲酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽或1- 丁基-3-甲基咪唑丙酸鹽中的一種或多種。
[0016]所述的轉(zhuǎn)酯化試劑，優(yōu)選為醋酸乙烯酯、醋酸異丙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、辛酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯中的一種或多種。
[0017]所述的沉淀劑，優(yōu)選為水、甲醇、乙醇或異丙醇中的一種或其混合液。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明的木質(zhì)纖維改性方法工藝簡單，改性條件溫和，改性效率高，改性程度容易控制；
[0020]2、本發(fā)明的木質(zhì)纖維改性方法，無需添加任何催化劑，產(chǎn)物分離容易；
[0021]3、本發(fā)明的木質(zhì)纖維改性方法，無酸性副產(chǎn)物產(chǎn)生，不會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)纖維組分的降解；
[0022]4、本發(fā)明的木質(zhì)纖維改性方法，采用的離子液體容易回收，可循環(huán)利用。
【具體實(shí)施方式】
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[0023]以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]本實(shí)施例的木質(zhì)纖維采用稻草，木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法如下:
[0026](I)、將稻草溶解于1-乙基-3-甲基咪唑甲酸鹽中，稻草在1-乙基-3-甲基咪唑甲酸鹽中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，控制溶解溫度為50°C、溶解時(shí)間為48h，得到稻草溶液；
[0027](2)、將醋酸乙烯酯加入到稻草溶液中，醋酸乙烯酯質(zhì)量與稻草質(zhì)量比為20:1，控制反應(yīng)溫度為110°C、反應(yīng)時(shí)間為0.5h，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0028](3)、將步驟(2)的反應(yīng)溶液倒入水中，控制水體積與1-乙基-3甲基咪唑甲酸鹽質(zhì)量比為5:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到均相酯化改性稻草。
[0029]轉(zhuǎn)酯化改性后，稻草的質(zhì)量增加百分比是18.6%。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]本實(shí)施例的木質(zhì)纖維采用甘蔗渣，木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法如下:
[0032](I)、將甘蔗渣溶解于1-丁基-3-甲基咪唑丙酸鹽中，甘蔗渣在1-丁基-3-甲基咪唑丙酸鹽中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，控制溶解溫度為170°C、溶解時(shí)間為0.2h，得到甘蔗渣溶液；
[0033](2)、將醋酸異丙烯酯加入到甘蔗渣溶液中，醋酸異丙烯酯質(zhì)量與甘蔗渣質(zhì)量比為0.1:1，控制反應(yīng)溫度為30°C、反應(yīng)時(shí)間為4h，進(jìn)行均相轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0034](3)、將步驟⑵的反應(yīng)溶液倒入甲醇/水(體積比為1:1)中，控制甲醇/水體積與1-丁基-3-甲基咪唑丙酸鹽質(zhì)量比為50:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到酯化改性甘蔗渣。
[0035]轉(zhuǎn)酯化改性后，甘蔗渣的質(zhì)量增加百分比是1.94%。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]本實(shí)施例的木質(zhì)纖維采用桉木，木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法如下:
[0038](I)、將桉木溶解于1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽中，桉木在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，控制溶解溫度為110°C、溶解時(shí)間為10h，得到桉木溶液；
[0039](2)、將醋酸乙烯酯加入到桉木溶液中，醋酸乙烯酯質(zhì)量與桉木質(zhì)量比為5:1，控制反應(yīng)溫度為70°C、反應(yīng)時(shí)間為2h，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0040](3)、將步驟⑵的反應(yīng)溶液倒入乙醇中，控制乙醇體積與1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽質(zhì)量比為20:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到均相酯化改性桉木。
[0041]轉(zhuǎn)酯化改性后，桉木的質(zhì)量增加百分比是22.5%。
[0042]實(shí)施例4:
[0043]本實(shí)施例的木質(zhì)纖維采用松木，木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法如下:
[0044](I)、將松木溶解于1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽中，松木在1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，控制溶解溫度為110°C、溶解時(shí)間為10h，得到松木溶液；
[0045](2)、將苯甲酸乙烯酯加入到松木溶液中，苯甲酸乙烯酯質(zhì)量與松木質(zhì)量比為5:1，控制反應(yīng)溫度為70°C、反應(yīng)時(shí)間為2h，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0046](3)、將步驟(2)的反應(yīng)溶液倒入異丙醇中，控制異丙醇體積與1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽質(zhì)量比為20:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到酯化改性松木。
[0047]轉(zhuǎn)酯化改性后，松木的質(zhì)量增加百分比是67.6%。
[0048]實(shí)施例5:
[0049]本實(shí)施例的木質(zhì)纖維采用竹子，木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法如下:
[0050](I)、將竹子溶解于1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽中，竹子在1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，控制溶解溫度為110°C、溶解時(shí)間為10h，得到竹子溶液；
[0051 ] (2)、將月桂酸乙烯酯加入到竹子溶液中，月桂酸乙烯酯質(zhì)量與竹子質(zhì)量比為5:1，控制反應(yīng)溫度為70°C、反應(yīng)時(shí)間為2h，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理；
[0052](3)、將反應(yīng)溶液倒入異丙醇中，控制異丙醇體積與1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽質(zhì)量比為20:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到酯化改性竹子。
[0053]轉(zhuǎn)酯化改性后，竹子的質(zhì)量增加百分比是86.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將木質(zhì)纖維溶解于離子液體中，木質(zhì)纖維在離子液體中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?20%，得到木質(zhì)纖維溶液； (2)、將轉(zhuǎn)酯化試劑加入到步驟(I)的木質(zhì)纖維溶液中，轉(zhuǎn)酯化試劑質(zhì)量與木質(zhì)纖維質(zhì)量比為0.1:1?20:1，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化改性處理； (3)、將步驟(2)的反應(yīng)溶液倒入沉淀劑中，控制沉淀劑體積與反應(yīng)溶液的質(zhì)量比為5:1?50:1，收集沉淀，洗滌、過濾、烘干得到均相酯化改性木質(zhì)纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，步驟(I)所述的溶解，溶解溫度為50?170°C，溶解時(shí)間為0.2?48h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，步驟(2)所述的轉(zhuǎn)酯化改性處理，反應(yīng)溫度為30?110°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5?4h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，所述的木質(zhì)纖維為桉木、楊木、松木、竹子、甘鹿渣、稻草、玉米桿或麥桿中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，所述的離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑甲酸鹽、1-丁基-3甲基咪唑甲酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑丙酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑丙酸鹽中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)酯化試劑為醋酸乙烯酯、醋酸異丙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、辛酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯中的一種或多種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法，其特征在于，所述的沉淀劑為水、甲醇、乙醇或異丙醇中的一種或其混合液。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種木質(zhì)纖維均相轉(zhuǎn)酯化改性方法。將木質(zhì)纖維溶解于離子液體中，加入轉(zhuǎn)酯化試劑與木質(zhì)纖維進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)沉淀、洗滌、過濾、烘干得到酯化改性木質(zhì)纖維。本發(fā)明方法具有反應(yīng)條件溫和、工藝簡單、改性效率高、改性程度容易控制，無需催化劑、產(chǎn)物分離容易，反應(yīng)無酸副產(chǎn)物生成，不會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)纖維組分的降解，采用的離子溶液可回收重復(fù)使用、木質(zhì)纖維取代度容易控制等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)前景。
【IPC分類】C08H7/00
【公開號(hào)】CN105175746
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】陳銘杰, 施慶珊
【申請人】廣東省微生物研究所
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月29日