一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的方法，包括如下步驟：S1.將劍麻纖維粉碎，置于水中加熱，冷卻后過(guò)濾，取濾渣置于硫酸溶液中加熱，冷卻后過(guò)濾，并用水洗滌濾渣至中性，烘干，得活化后的劍麻纖維；S2.將S1中所得物質(zhì)與乙?；瘎┖头稚┗旌?，加熱反應(yīng)，然后加入濃硫酸作催化劑，繼續(xù)加熱反應(yīng)完畢，冷卻后離心，取上層清液置于水中，攪拌、靜置，使醋酸纖維素產(chǎn)物沉析；S3.將S2中所得沉析物過(guò)濾，用水洗滌至中性，干燥，即得所述醋酸纖維素；本發(fā)明所述制備方法簡(jiǎn)單，且屬于環(huán)境友好的合成方法，以非均相制備醋酸纖維素，避免了現(xiàn)有均相合成法需涉及環(huán)境影響較大的二氯甲烷等溶劑的不足，為劍麻資源的綜合利用提供一條有效的途徑。
【專利說(shuō)明】
一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于劍麻纖維綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種以劍麻纖維為原料 制備醋酸纖維素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 醋酸纖維素是纖維素的乙酸酯化產(chǎn)物，是生產(chǎn)醋酸纖維制品的原料。醋酸纖維廣 泛用于香煙濾嘴、服裝面料、感光膠片等行業(yè)，全世界年消耗量約150萬(wàn)噸。目前，工業(yè)上，醋 酸纖維素的生產(chǎn)主要以優(yōu)質(zhì)棉漿或木漿為原料。但棉花資源有限，森林資源日益得到保護(hù)， 因此，我國(guó)目前合成醋酸纖維素的原料主要依賴進(jìn)口，成本較高；而且均相合成法需涉及環(huán) 境影響較大的二氯甲烷等溶劑。
[0003] 劍麻是龍舌蘭屬的亞熱帶、熱帶植物，原產(chǎn)于美洲，生長(zhǎng)期短，收割期長(zhǎng)，現(xiàn)我國(guó)廣 東、海南、廣西、福建等地有大量種植和加工，劍麻產(chǎn)量約占世界劍麻總產(chǎn)量的六分之一。劍 麻的劍形葉片經(jīng)壓榨、洗滌、梳理等處理，可得硬質(zhì)長(zhǎng)纖維，即劍麻纖維。劍麻纖維含纖維素 約50%-60%，其余成分主要為果膠、半纖維素、木質(zhì)素等，纖維束之間形成結(jié)晶，并為果膠、半 纖維素、木質(zhì)素等成分所包裹。因而表現(xiàn)為硬質(zhì)纖維，強(qiáng)度極高，但缺乏柔軟性，不易紡織， 難以作為紡織材料。因此，劍麻纖維目前主要用于編織纜繩、粗麻袋、地毯以及作為拋光材 料等，也嘗試用于汽車車身填充材料，但總體而言，這些產(chǎn)品的附加值較低，限制了劍麻資 源的開發(fā)利用。
[0004] 本發(fā)明提出了以劍麻纖維為原料，非均相制備醋酸纖維素的方法，屬于環(huán)境友好 的合成方法，同時(shí)，為劍麻資源的綜合利用提供一條有效的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的 方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 本發(fā)明提供了一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的方法，包括如下步驟： 51. 將劍麻纖維粉碎，置于水中加熱，冷卻后過(guò)濾，取濾渣置于硫酸溶液中加熱，冷卻 后過(guò)濾，以水洗滌至中性，烘干，得活化后的劍麻纖維； 52. 將S1中所得活化后的劍麻纖維與乙?；瘎?、分散劑混合，加熱反應(yīng)一定時(shí)間，加入 濃硫酸，繼續(xù)加熱反應(yīng)完全，冷卻后離心，取上層清液置于水中，攪拌、靜置，使醋酸纖維素 產(chǎn)物沉析、水解； 53. 將S2所得沉析物過(guò)濾，濾渣用水洗滌至中性，干燥，即得所述醋酸纖維素； S2中，所述乙酰化劑為乙酸酐，分散劑為冰乙酸;所述乙酸酐和冰乙酸的質(zhì)量比為1:(1 S2中，活化后的劍麻纖維與乙酸酐的反應(yīng)質(zhì)量比為1: (2~10); S2中，活化后的劍麻纖維與濃硫酸的反應(yīng)質(zhì)量比為（10~30) : 1; ~5)； S2中加熱反應(yīng)和繼續(xù)加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80~120°C。
[0007] 優(yōu)選地，S2中，所述乙酸酐與冰乙酸的混合比為1:1。
[0008]優(yōu)選地，S2中，活化后的劍麻纖維與乙酸酐的反應(yīng)質(zhì)量比為1:5。
[0009] 優(yōu)選地，S2中，活化后的劍麻纖維與濃硫酸的反應(yīng)質(zhì)量比為20:1。
[0010] 優(yōu)選地，S1中，按質(zhì)量體積比計(jì)，所述劍麻纖維與水的混合比為1: (50~150)，S1中 加熱溫度為30~50°C，加熱時(shí)間為1~3h。
[0011] 優(yōu)選地，S1中，硫酸溶液的體積百分比濃度為3~8%，加熱溫度為40~60°C，加熱時(shí)間 為0.3~lh。本發(fā)明采用濃度較低的硫酸溶液作為劍麻纖維原料的活化劑，在大規(guī)模生產(chǎn)中 不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。
[0012] S3中，所述醋酸纖維素的沉析、水解過(guò)程無(wú)需使用醋酸溶液或者醋酸鹽溶液為介 質(zhì)。
[0013] 優(yōu)選地，將S1中所得活化后的劍麻纖維與乙?；瘎⒎稚┗旌?，加熱反應(yīng)0~ 60min，加入濃硫酸，繼續(xù)加熱反應(yīng)完全，冷卻后離心。
[0014] 醋酸纖維素的乙?；龋ㄒ阴；陌俜趾?，T%)或者總?cè)〈?DS)是衡量其酯化 程度的指標(biāo)，不同酯化度的醋酸纖維素，其用途有所不同，二醋酸纖維素制成的醋酸纖維產(chǎn) 品可用于紡織面料、香煙濾嘴等，市場(chǎng)需求大，而三醋酸纖維素制成的醋酸纖維產(chǎn)品也可用 于紡織面料，但主要用于感光材料基材，需求量較小。可根據(jù)ASTM D871-96(2010)標(biāo)準(zhǔn)方法 測(cè)定乙?；?T%)，并可進(jìn)一步按照下式換算得DS:
本發(fā)明所得醋酸纖維素為白色粉末狀產(chǎn)品，乙?；?T%)為40%-42%，總?cè)〈菵S為 2.5-2.7,屬于二醋酸纖維素。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明所述制備方法簡(jiǎn)單，且屬于環(huán)境友好的合成方法，以非均相制備醋酸纖維素，避 免了現(xiàn)有均相合成法需涉及環(huán)境影響較大的二氯甲烷等溶劑的缺陷。為劍麻資源的綜合利 用提供一條有效的途徑。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是，本實(shí)施例只 用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟 練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0017] 除非特別說(shuō)明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑、方法和設(shè) 備。
[0018] 實(shí)施例1: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500ml去離子水中，加熱 至50°C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣置于200 mL 5% H2S〇4溶液中，加熱至50°C并持 續(xù)30分鐘;冷卻，抽濾，濾渣用去離子水洗至中性，所得濾渣在110°C烘干，備用。
[0019] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維1.0g，與10.0g乙酸酐、10.0g冰乙酸混合均勻，加熱到 100 °C并持續(xù)10分鐘，加入0.1 g濃硫酸，繼續(xù)加熱并維持100 °C 1小時(shí);將反應(yīng)溶液冷卻，離 心分離，上層清液傾入1 L去離子水中，充分?jǐn)嚢韬箪o置2小時(shí)；抽濾，將沉淀物用去離子水 洗至中性，于100 °c干燥，得白色粉末狀醋酸纖維素產(chǎn)物，與純的醋酸纖維素的性狀一致，表 明該粉末狀產(chǎn)品純度很高，產(chǎn)品性能好。此醋酸纖維素的乙酰化度為40.8%，總?cè)〈菵S為 2.56〇
[0020] 實(shí)施例2: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500 ml去離子水中，加 熱至50°C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣置于200 mL 5% H2S〇4溶液中，加熱至50°C并 持續(xù)30分鐘;冷卻，抽濾，濾渣用去離子水洗至中性，所得濾渣在110°C烘干，備用。
[0021 ] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維原料1.0g，與5.0g乙酸酐、10.0g冰乙酸、0.1 g濃硫酸 混合均勻，加熱至l〇〇°C并持續(xù)1小時(shí);將反應(yīng)溶液冷卻，離心分離，上層清液傾入1 L去離子 水中，充分?jǐn)嚢韬箪o置2小時(shí);抽濾，將沉淀物用去離子水洗至中性，于KKTC干燥，得淺杏色 粉末狀醋酸纖維素，表明該粉末狀產(chǎn)品純度較高，產(chǎn)品性能好。此醋酸纖維素的乙?；葹?41.6%，總?cè)〈菵S為2.64。
[0022] 實(shí)施例3: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500ml去離子水中，加熱 至50°C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣置于200 mL 5% H2SO4溶液中，加熱至50°C并持 續(xù)30分鐘;冷卻，抽濾，濾渣用去離子水洗至中性，所得濾渣在110°C烘干，備用。
[0023] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維1.0g，與2.0g乙酸酐、10.0g冰乙酸、0.1 g濃硫酸混合 均勻，加熱至50°C并持續(xù)3小時(shí);將反應(yīng)溶液冷卻，離心分離，上層清液傾入1 L去離子水中， 充分?jǐn)嚢韬箪o置5小時(shí)；抽濾，將沉淀物用去離子水洗至中性，于100°C干燥，得灰白色粉末 狀醋酸纖維素，表明該粉末狀產(chǎn)品純度較高，產(chǎn)品性能好。此醋酸纖維素的乙?；葹?41.0%，總?cè)〈菵S為2.58。
[0024] 對(duì)比例1: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500ml去離子水中，加熱 至50 °C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣在100 °C烘干，備用。
[0025] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維1.0g，與10g乙酸酐、10.0g冰乙酸混合均勻，加熱到80 °C并持續(xù)20分鐘，加入0.1 g濃硫酸，繼續(xù)保持100°C 5小時(shí);將反應(yīng)溶液離心分離，上層清 液傾入1 L去離子水中，充分?jǐn)嚢韬箪o置10小時(shí);所得沉淀物很少，經(jīng)抽濾、去離子水洗至中 性，于110°C干燥，得極少量黃棕色粉末狀產(chǎn)物。表明乙?；a(chǎn)率很低，而且產(chǎn)品純度不如實(shí) 施例1~3。說(shuō)明單純用水加熱法對(duì)劍麻纖維原料進(jìn)行活化的方式，活化程度不足。
[0026] 對(duì)比例2: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500ml去離子水中，加熱 至50°C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣置于200 mL 5% H2S〇4溶液中，加熱至50°C并持 續(xù)30分鐘;冷卻，抽濾，濾渣用去離子水洗至中性，所得濾渣在110°C烘干，備用。
[0027] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維1.0g，與10.0g乙酸酐、10.0g冰乙酸混合均勻，加熱到 100 °C并持續(xù)60分鐘，加入0.3 g濃硫酸，繼續(xù)加熱并維持100°C 1小時(shí);將反應(yīng)溶液冷卻，離 心分離，上層清液傾入1 L去離子水中，充分?jǐn)嚢韬箪o置2小時(shí)；抽濾，將沉淀物用去離子水 洗至中性，于l〇〇°C干燥，得褐色粉末狀產(chǎn)物。表明該產(chǎn)品純度和性能不如實(shí)施例1~3,催化 劑濃硫酸的量相對(duì)過(guò)多。
[0028] 對(duì)比例3: 將劍麻纖維原料剪切成5~10 mm段，機(jī)械粉碎成絨狀，取5g置于500ml去離子水中，加熱 至50°C并持續(xù)2小時(shí)，適當(dāng)冷卻后抽濾;濾渣置于200 mL 5% H2S〇4溶液中，加熱至50°C并持 續(xù)30分鐘;冷卻，抽濾，濾渣用去離子水洗至中性，所得濾渣在110°C烘干，備用。
[0029] 取經(jīng)上述處理后的劍麻纖維1.0g，與10.0g乙酸酐、10.0g冰乙酸混合均勻，加熱到 100°C并持續(xù)60分鐘，加入0.02 g濃硫酸，繼續(xù)加熱并維持100°C 1小時(shí);將反應(yīng)溶液冷卻，離 心分離，上層清液傾入1 L去離子水中，充分?jǐn)嚢韬箪o置2小時(shí)；抽濾，將沉淀物用去離子水 洗至中性，于100 °C干燥，得少量淺黃色粉末狀產(chǎn)物。表明產(chǎn)率和產(chǎn)品純度不如實(shí)施例1~3， 催化劑濃硫酸的量相對(duì)不足。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以劍麻纖維為原料制備醋酸纖維素的方法，其特征在于，包括如下步驟：51. 將劍麻纖維粉碎，置于水中加熱，冷卻后過(guò)濾，取濾渣置于硫酸溶液中加熱，冷卻 后過(guò)濾，以水洗滌至中性，烘干，得活化后的劍麻纖維；52. 將S1中所得活化后的劍麻纖維與乙?；瘎?、分散劑混合，加熱反應(yīng)一定時(shí)間，加入 濃硫酸，繼續(xù)加熱反應(yīng)完全，冷卻后離心，取上層清液置于水中，攪拌、靜置，使醋酸纖維素 產(chǎn)物沉析、水解；53. 將S2所得沉析物過(guò)濾，濾渣用水洗滌至中性，干燥，即得所述醋酸纖維素； S2中，所述乙?；瘎橐宜狒稚楸宜?所述乙酸酐和冰乙酸的質(zhì)量比為1:(1 ~5)； S2中，活化后的劍麻纖維與乙酸酐的反應(yīng)質(zhì)量比為1:(2~10); S2中，活化后的劍麻纖維與濃硫酸的反應(yīng)質(zhì)量比為（10~30): 1; S2中加熱反應(yīng)和繼續(xù)加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80~120°C。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，所述乙酸酐和冰乙酸的混合比為1: 2〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，活化后的劍麻纖維與乙酸酐的反應(yīng) 質(zhì)量比為1:5。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，活化后的劍麻纖維與濃硫酸的反應(yīng) 質(zhì)量比為20:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，按質(zhì)量體積比計(jì)，所述劍麻纖維與水 的混合比為1:(50~150)，S1中置于水中加熱溫度為30~50°C，加熱時(shí)間為1~3h。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，硫酸溶液的體積百分比濃度為3~8%， 置于硫酸溶液中加熱溫度為40~60°C，加熱時(shí)間為0.3~lh。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將S1中所得活化后的劍麻纖維與乙酰化 劑、分散劑混合，加熱反應(yīng)〇~60min，加入濃硫酸，繼續(xù)加熱反應(yīng)完全，冷卻后離心。8. 權(quán)利要求1至7任一所述的制備方法制備得到的醋酸纖維素。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的醋酸纖維素，其特征在于，所述醋酸纖維素為二醋酸纖維素。
【文檔編號(hào)】C08B3/06GK106046178SQ201610553629
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】余炳生
【申請(qǐng)人】嶺南師范學(xué)院