專利名稱：一種植物纖維表面磺化的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種植物纖維表面磺化的方法，屬于造紙、紡織、以及植物纖維材料加 工領域。
背景技術：
纖維素是一種可再生的天然聚合物，在植物中含量最為豐富，而且纖維素具有廉 價、可降解、對環(huán)境不產生污染等特點，所以隨著社會的發(fā)展及科技的進步，纖維素已不僅 僅用于造紙、紡織工業(yè)，各個國家都十分重視對纖維素的研究與開發(fā)?，F在以纖維素為原料 制成的產品也廣泛的被用于塑料、炸藥、電工及科研器械等方面。但是纖維素的結構特性決定了纖維素不溶于水和一般有機溶劑，同時也缺乏熱可 塑性，難以成型加工，這就限制了它在各方面的應用，所以就有了對纖維素進行改性方面的 研究。纖維素改性可以分為多種，例如在纖維素上接上其他活性基團、對纖維素進行酯化、 醚化等?，F在國內外有大量的研究對纖維改性，以改善纖維與其他材料的兼容性，提高其 吸水、抗水能力，以及改變其表面的化學性質。其中之一的研究是改變植物纖維原料表面的 電荷性質，從而改善其染整、吸附以及與電解質的結合能力。羧基化是研究的最熱門的一個 領域。其方法包括用TEMPO選擇性氧化C6的羥基，高碘酸鹽氧化等。據報道通過TEMPO氧 化體系可以使闊葉木硫酸鹽漿纖維的表面電荷增加了 150%，其結果是用處理過的漿料生 產的紙張的干/濕抗張強度增加了 30-200% .纖維素磺化是另一個讓纖維表面的電荷性質改變的途徑，然而在這方面的研究卻 不多。纖維素磺化就是在纖維上引進磺酸基，從而增加纖維素的穩(wěn)定性，及其表面電荷?；?化可分為直接磺化和間接磺化，直接磺化就是用磺化劑直接與纖維素反應，而間接磺化則 是在磺化前先用堿對纖維進行預處理。張明時等人曾對磺化棉的制備反應、富集作用的機理，以及磺化棉的穩(wěn)定性進行 了研究，同時探討它對多種重金屬離子的吸附特性。他的實驗選用的是脫脂棉，浸泡于含 2%氫氧化鈉的95%乙醇溶液中40分鐘，于沙芯漏斗中用乙醇洗滌并抽濾至近干，重復兩 次，再將脫脂棉浸泡于二硫化碳中100分鐘的方法來制備。張翔宇等人也曾經做過纖維素 的磺化實驗。他們的實驗采用直接磺化法，以氯磺酸為磺化劑，氯仿為分散劑，纖維素為原 料，制備了磺化纖維素，并將其用作油井水泥降失水劑，對其降失水性能進行了探討。總之，已有的植物纖維表面磺化方法反應均比較復雜，而且有的反應試劑不環(huán)保， 比如上訴第一種方法中的二硫化碳和第二種方法中用到的氯仿。纖維的磺化方法有待進一 步的研究和開發(fā)出一種環(huán)境友好、成本低、工藝簡單的改性方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種環(huán)境友好、成本低、工藝 簡單的改性方法。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現
一種植物纖維表面改性的方法，其特征在于包括下述步驟
Cl OH H(1)采用具有H 6 一fc2)一so Ma (其中η = 1 10)結構的水溶性磺化試
劑；(2)在20 50 %的濃堿溶液里生成具有環(huán)氧結構的物質，所述環(huán)氧化結構的物質 與堿的摩爾比為1 1 1 4 ；(3)所述磺化劑與堿的溶液中加入植物纖維使之完全浸濕；浸濕的纖維經過壓榨 使藥液在纖維中分布均勻并便于質量控制，壓榨的程度為使?jié)竦闹参锢w維的量約為原植物 纖維的量的2-3倍；(4)最后與植物纖維中的纖維素的羥基在反應溫度50 150°C的條件下開環(huán)發(fā)生 化學反應10-30分鐘而生成醚鍵，從而為所述植物纖維引入了磺酸基團。本發(fā)明與現有技術相比，制備方法簡單，反應時間短，而且反應試劑無毒，實驗過 程安全，實驗效果較好，容易實現工業(yè)化生產。
具體實施例方式稱取5g棉短絨，將棉短絨放在已經過配比的NaOH和磺化試劑
Cl OHCl OH
H2C-C~f CVsO3Na (在以后的敘述中 H2(^ijf)irSO3Na 用 CHSAS 代替)的 HH
50ml混合液中浸泡20分鐘，磺化試劑在濃堿容易中的Cl與相鄰的羥基的H結合從而發(fā)
生成環(huán)氧反應，那么環(huán)氧化合物與植物纖維表面的羥基就可以在開環(huán)反應而生成相應的醚
鍵，反應的化學機理參見附

圖1。經過壓榨除去多余的溶液，使?jié)竦睦w維的量約為原料的2-3倍，通過壓榨一是可 以使藥液更加均勻地滲透到纖維里面，另外一個作用就是可以控制質量；然后把纖維在 60°C預熱15分鐘，然后在70-120°C進行反應10-30分鐘，反應結束后用蒸餾水漂洗，直至中 性；最后將洗干凈的纖維風干或者烘干。纖維的表面電荷的測定采用電導度滴定的方法。下面結合實施實例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于 此。實施例1首先稱取15g NaOH和6. Og CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短 絨放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量 的溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度， 預熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應10分鐘。反應結束后用蒸餾水漂 洗，直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電 導度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0200mmol/g，羧基為0. 0195mmol/g。實施例2首先稱取15g NaOH和7. 5g CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短 絨放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量 的溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度，預熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應20分鐘。反應結束后用蒸餾水漂 洗，直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電 導度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0381mmol/g，羧基為0. 0270mmol/go實施例3首先稱取15g NaOH和9. Og CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短 絨放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量 的溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度， 預熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應30分鐘。反應結束后用蒸餾水漂 洗，直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電 導度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0243mmol/g，羧基為0. 0258mmol/g。實施例4首先稱取20g NaOH和8. Og CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短 絨放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量 的溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度， 預熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應20分鐘。反應結束后用蒸餾水漂 洗，直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電 導度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0183mmol/g，羧基為0. 0256mmol/g。實施例5首先稱取20g NaOH和IOg CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短絨 放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量的 溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度，預 熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應30分鐘。反應結束后用蒸餾水漂洗， 直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電導 度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0314mmol/g，羧基為0. 0268mmol/g。實施例6首先稱取20g NaOH和12g CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短絨 放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量的 溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度，預 熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應10分鐘。反應結束后用蒸餾水漂洗， 直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電導 度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0285mmol/g，羧基為0. 0325mmol/g。實施例7首先稱取25g NaOH和IOg CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短絨 放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量的 溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度，預 熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應30分鐘。反應結束后用蒸餾水漂洗， 直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電導 度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0223mmol/g，羧基為0. 0197mmol/g。實施例8
首先稱取25g NaOH和12. 5g CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短 絨放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量 的溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度， 預熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應10分鐘。反應結束后用蒸餾水漂 洗，直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電 導度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0274mmol/g，羧基為0. 0294mmol/go實施例9首先稱取25g NaOH和15g CHSAS配制50ml溶液。然后稱取5g棉短絨，將棉短絨 放在已經過配比的NaOH和CHSAS的50ml混合液中浸泡20分鐘，在用擠壓裝置寄出過量的 溶液保持其濕重為約10g。在把經過擠壓的纖維放入烘箱中，先調節(jié)烘箱溫度60攝氏度，預 熱15分鐘，然后將烘箱溫度調為120攝氏度進行反應20分鐘。反應結束后用蒸餾水漂洗， 直至中性；最后將洗干凈的漿放入烘箱中在105攝氏度下烘6個小時備用。最后經過電導 度測定纖維表面的磺酸基含量為0. 0458mmol/g，羧基為0. 0290mmol/g。技術效果本發(fā)明通過對植物纖維表面磺化，為纖維引入磺酸基團，顯著改變植物纖維的表 面化學和電荷性質。與羧基相比，磺酸基團的PKa值更低，因此其在溶液中有更大的pH應 用范圍?；腔蟮睦w維將有助于陽離子紙張增強劑的吸附從而增強紙張的強度，有助于植 物纖維的染整，以及增加金屬離子和納米粒子的吸附。而且有研究表明，磺化纖維素有抗凝 血和抗病毒的功能，因此有望應用于藥品和醫(yī)療衛(wèi)生用品行業(yè)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人 員，在不脫離本發(fā)明技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修 飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據本發(fā)明的技術實質 對以上的實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍 內。
權利要求
一種植物纖維表面磺化改性的方法，其特征在于包括下述步驟(1)采用具有(其中n＝1～10)結構的水溶性磺化試劑；(2)在20％～50％的濃堿溶液里生成具有環(huán)氧化結構的物質，所述環(huán)氧化結構的物質與堿的摩爾比為1∶1～1∶4；(3)所述磺化試劑與堿的混合溶液中加入植物纖維使之完全浸濕；浸濕的纖維經過壓榨使所述磺化試劑與堿的混合溶液在纖維中分布均勻并使質量穩(wěn)定，壓榨的程度為使?jié)竦闹参锢w維的量約為原植物纖維的量的2 3倍；(4)最后植物纖維中的纖維素的羥基與所述環(huán)氧化后的試劑在反應溫度50～150℃的條件下發(fā)生化學反應10 30分鐘而生成醚鍵，從而為所述植物纖維引入了磺酸基團。FSA00000248122100011.tif
全文摘要
一種植物纖維表面磺化的方法，用ClCH2-CH(OH)-(CH2)n-SO3Na(n＝1～10)在濃堿溶液中生成環(huán)氧化合物，該環(huán)氧化合物再與植物纖維表面的羥基發(fā)生開環(huán)反應，從而為纖維素引入了磺酸基團，使得磺化的纖維其表面磺酸基含量可以達到約0.046mmol/g纖維。本發(fā)明所采用的磺化方法制備方法簡單，反應時間短，反應試劑無毒，實驗過程安全，實驗效果好。
文檔編號D06M101/06GK101914850SQ20101026637
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者宋君龍 申請人:南京林業(yè)大學