一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化合成纖維素酯的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化合成纖維素酯的方法。該方法先將纖維素在活化液中進(jìn)行活化；然后加入1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和酸酐，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完成后倒入2-10倍體積的水進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥。通過本方法可以高效合成醋酸纖維素，醋酸丙酸纖維素，醋酸丁酸纖維素。本發(fā)明首次使用了新型催化劑1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽代替硫酸催化了纖維素的酯化反應(yīng)。1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽對纖維素酯類有很好的催化活性，加入少量就可以有很高的催化效率，反應(yīng)可控，相對應(yīng)其他離子液體，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度快，離子液體耗費(fèi)少，不腐蝕反應(yīng)容器，取得的產(chǎn)品粘度高，取代度可調(diào)節(jié)。
【專利說明】一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化合成纖維素酯的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化合成纖維素酯的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]纖維素酯是纖維素中所含羥基部分或全部為酸所酯化的衍生物。目前市場上主要有醋酸纖維素，醋酸丙酸纖維素，醋酸丁酸纖維素。
[0003]醋酸纖維素具有對光穩(wěn)定、不易燃燒、易加工成型、光澤好、強(qiáng)度高、韌性好、熔融流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于香煙濾嘴、醫(yī)藥、油漆、塑料、膜材料、紡織品、膠卷、羊皮紙、濾紙、血液過濾等方面。
[0004]醋酸丙酸纖維素不僅保持了醋酸纖維素熔點(diǎn)高、透明性好等優(yōu)點(diǎn)，而且在耐候性、溶解性、抗水性、抗沖性、尺寸穩(wěn)定性等方面有較大的提高，廣泛應(yīng)用于石油、食品、涂料、建筑、薄膜、玩具制造等工業(yè)生產(chǎn)中。
[0005]醋酸丁酸纖維素是一種能與多種合成樹脂、高沸點(diǎn)增塑劑相混，具有優(yōu)良的互溶性(能溶解于多種有機(jī)溶劑)、不泛黃、耐彎曲、柔韌性、耐寒性、色澤保持性良好、流平性好，耐水解性好和透明度高等特點(diǎn)。CAB為當(dāng)代汽車漆、摩托車漆、家具漆、油墨、制筆等行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要助劑，被譽(yù)為這些行業(yè)生產(chǎn)中的“味精”。
[0006]目前纖維素酯的離子液體合成方法是在高溫下將纖維素溶于離子液體中，然后加入乙酸酐，乙酸酐/丙酸酐，乙酸酐/ 丁酸酐，在高溫下反應(yīng)，缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度高，取代度不聞，反應(yīng)時(shí)間長，粘度低，尚子液體耗費(fèi)多，不易回收。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的方法。該方法使用1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硫酸做催化劑，反應(yīng)溫度低，催化效率高，不腐蝕設(shè)備，為高效制備纖維素酯開拓了一個(gè)新方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:先將纖維素活化，然后加入1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化劑和酸酐進(jìn)行酯化，而后進(jìn)行水解，層析，洗劑干燥。通過本方法可以高效合成醋酸纖維素，醋酸丙酸纖維素，醋酸丁酸纖維素。
[0009]本發(fā)明所述的一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的方法一:首先將纖維素在活化液中進(jìn)行活化；然后加入1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和酸酐，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完成后倒入2-10倍體積的水進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥。
[0010]本發(fā)明所述的一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的方法二:首先將纖維素在活化液中進(jìn)行活化；然后加入1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和酸酐，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完成后加入水中進(jìn)行水解反應(yīng)；水解完成后，倒入2-10倍體積的水進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥，得到低取代的纖維素酯。
[0011]所述的纖維素為棉花、木漿、或微晶纖維素。
[0012]所述的活化液為醋酸、醋酸和丙酸混合液、或者醋酸和丁酸混合液，所用活化液的質(zhì)量為纖維素質(zhì)量的1-5倍，活化溫度為30-70°C，活化時(shí)間為0.5-6小時(shí)。
[0013]所述的1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽的加入量為纖維素質(zhì)量的0.5-5% ;酸酐的加入量為纖維素質(zhì)量的2-20倍；所述的酸酐為乙酸酐、乙酸酐和丙酸酐的混合酸酐、或者乙酸酐和丁酸酐的混合酸酐；反應(yīng)溫度為40-80°C，反應(yīng)時(shí)間為l_3h。
[0014]所述的水解反應(yīng)，加入的水量為投入纖維素質(zhì)量的10-50 反應(yīng)溫度為40-80。。。
[0015]所述的乙酸酐和丙酸酐的混合酸酐中乙酸酐和丙酸酐摩爾比為1-20，乙酸酐和丁酸酐的混合酸酐中乙酸酐和丁酸酐的摩爾比為1-20。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:首次使用了新型催化劑1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽代替硫酸催化了纖維素的酯化反應(yīng)。1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽是一種酸性離子液體，我們研究發(fā)現(xiàn)可以對纖維素酯類有很好的催化活性，可以像硫酸一樣，加入少量就可以有很高的催化效率，反應(yīng)可控，相對應(yīng)其他離子液體，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度快，離子液體耗費(fèi)少，不腐蝕反應(yīng)容器，取得的產(chǎn)品粘度高，取代度可調(diào)節(jié)。本方法把1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽帶入到催化合成纖維素酯類的一個(gè)新領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明設(shè)計(jì)的1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的工藝流程圖。
[0018]圖2是實(shí)施例1合成的醋酸丙酸纖維素在DMSO-d6中13HNMR圖。
[0019]圖3是實(shí)施例2合成的醋酸丁酸纖維素在DMSO-d6中13HNMR圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]【實(shí)施例1】
[0021]1、將2.5g木漿加入到帶冷凝管的三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，加入4.0g乙酸，1.0g丙酸，50攝氏度下攪拌I小時(shí)；
[0022]2、加入0.1gl-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽，溫度上升到60攝氏度，加入15.0g丙酸酐，3.5g乙酸酐，反應(yīng)1.5小時(shí)；
[0023]3、加入1ml水，在60攝氏度下水解I小時(shí)；
[0024]4、將溶液加入到5倍量的水中，攪拌，層析出來；最后洗滌，干燥，得到低取代的纖維素酯。
[0025]【實(shí)施例2】
[0026]1、將2.5g微晶纖維素加入到帶冷凝管的三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，加入4.0g乙酸，1.0g 丁酸，50攝氏度下攪拌I小時(shí)；
[0027]2、加入0.1gl-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽，溫度上升到60攝氏度，加入15.0g 丁酸酐，3.5g乙酸酐，反應(yīng)1.5小時(shí)；
[0028]3、加入1ml水，在60攝氏度下水解I小時(shí)；
[0029]4、將溶液加入到5倍量的水中，攪拌，層析出來；最后洗滌，干燥，得到低取代的纖維素酯。
[0030]【實(shí)施例3】
[0031]1、將2.0g木漿加入到5.0g乙酸中進(jìn)行活化，30攝氏度下攪拌I小時(shí)；
[0032]2、然后加入0.1gl- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和15.0g乙酸酐，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度為65攝氏度，反應(yīng)時(shí)間3h ；
[0033]3、反應(yīng)完成后加入到5倍體積的水中進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥。
【權(quán)利要求】
1.一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的方法，其特征在于，其具體操作步驟為:首先將纖維素在活化液中進(jìn)行活化；然后加入1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和酸酐，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完成后倒入2-10倍體積的水進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥。
2.一種1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽催化制備纖維素酯的方法，其特征在于，其具體操作步驟為:首先將纖維素在活化液中進(jìn)行活化；然后加入1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽和酸酐，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完成后加入水中進(jìn)行水解反應(yīng)；水解完成后，倒入2-10倍體積的水進(jìn)行層析；最后洗滌，干燥，得到低取代的纖維素酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的纖維素為棉花、木漿、或微晶纖維素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的活化液為醋酸、醋酸和丙酸混合液、或者醋酸和丁酸 混合液，所用活化液的質(zhì)量為纖維素質(zhì)量的1-5倍，活化溫度為30-70°C，活化時(shí)間為0.5-6小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽的加入量為纖維素質(zhì)量的0.5-5% ;酸酐的加入量為纖維素質(zhì)量的2-20倍；所述的酸酐為乙酸酐、乙酸酐和丙酸酐的混合酸酐、或者乙酸酐和丁酸酐的混合酸酐；反應(yīng)溫度為40-80°C，反應(yīng)時(shí)間為l_3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的水解反應(yīng)，加入的水量為投入纖維素質(zhì)量的10-50%，反應(yīng)溫度為40-80°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的乙酸酐和丙酸酐的混合酸酐中乙酸酐和丙酸酐摩爾比為1-20，乙酸酐和丁酸酐的混合酸酐中乙酸酐和丁酸酐的摩爾比為1-20。
【文檔編號】C08B3/18GK104130332SQ201410339072
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】宋宇飛, 李文虎 申請人:北京化工大學(xué)