專利名稱：一種高取代度的陽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，且處于不斷拓展過程中，是十分重要的精細(xì)功能高分子材料。對纖維素的陽離子化反應(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。纖維素通過陽離子反應(yīng)過程，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)有的工作還不能滿足陽離子纖維素商業(yè)化開發(fā)的技術(shù)的需求。存在的較典型的問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離子纖維素醚，工藝過程需要對堿化纖維素進(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)間過長、中間處理過程復(fù)雜、設(shè)備配套要求高、技術(shù)成本高、效率低等問題，不具備規(guī)模化應(yīng)用的可行性。因此，通過選擇合適的反應(yīng)體系和活化方式改善反應(yīng)效果，并簡化陽離子纖維素的反應(yīng)工藝技術(shù)過程，對促進(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上述制備方法得到的高取代度的陽離子纖維素。本發(fā)明的另一目的在于提供所述高取代度的陽離子纖維素的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高取代度的陽離子纖維素的制備方法，采用“纖維素活化一陽離子化反應(yīng)一純化一干燥一產(chǎn)物”工藝過程，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的用量優(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優(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機(jī)物鹽，包括偏硼酸鈉(NaBA · 4H20)、硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)、氟硼酸鈉(NaBF4)、過硼酸鈉(NaBO3 · 4H20)，優(yōu)選硼酸鈉；步驟O)中所述的異丙醇II的用量優(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離子纖維素的制備方法，其特征在于采用“纖維素活化一陽離子化反應(yīng)一純化一干燥一產(chǎn)物”工藝過程，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的高取代度的陽離子纖維素；所述的活化劑為含硼的無機(jī)物鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高取代度的陽離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的含硼的無機(jī)物鹽為偏硼酸鈉、硼酸鈉、氟硼酸鈉或過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離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的陽離子醚化劑具有式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離子纖維素的制備方法，其特征在于所述的陽離子醚化劑為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離子纖維素，通過權(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所述的高取代度陽離子纖維素的應(yīng)用，其特征在于所述高取代度的陽離子纖維素應(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)明公開了一種高取代度的陽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→陽離子化反應(yīng)→純化(含過濾、洗滌)→干燥→產(chǎn)物”工藝過程，制備陽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離子醚化劑，在20～80℃反應(yīng)2～4小時(shí)；最后對反應(yīng)體系降溫，所得粗產(chǎn)物經(jīng)過濾洗滌等后處理過程除雜，經(jīng)干燥后得到較高純度和取代度的陽離子纖維素產(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的陽離子纖維素。
文檔編號C08B11/14GK102268096SQ20111018910
公開日2011年12月7日 申請日期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 申請人:中科院廣州化學(xué)有限公司