[发明专利]一种等离子体引发制备阳离子半纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半纤维素的改性技术领域，具体是一种等离子体引发制备阳离子半纤维素的方法。 

背景技术

半纤维素是植物纤维原料的主要化学组分之一，被定义为除去果胶物质后的碱性可溶解的物质。这种定义比较笼统，但目前还被大家所公认。它们不同于纤维素，仅有D-葡萄糖基相互以β-1-4联接方式形成直链结构的均一聚糖的单一形式。半纤维素既可成均一聚糖也可成非均一聚糖，它还可以由不同的单糖基以不同的联接方式联接成结构互不相同的多种结构的各种聚糖。在木材及非木材植物的细胞壁里，半纤维素是最复杂的组分。它们通过氢键与纤维素联接，与木素以共价键(主要是α-苯甲基醚键)联接，与乙酰基单元和羟基肉桂酸以酯键联接。另外，半纤维素通过生物合成路径形成，这不同于纤维素葡萄糖-UDP生物合成路径。它们是低分子量的支链聚合物，其聚合度是80-200。分子式为(C₅H₈O₄)_n和(C₆H₁₀O₅)_n，分别是戊聚糖和己聚糖。按照不同比例和不同取代基，半纤维素是由不同糖单元组成。这些糖是D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸和少量的L-鼠李糖、L-岩藻糖和不同的O-甲基化的中性糖。这些结构单元在构成半纤维素时，一般不是由一种结构单元构成一种均一的聚糖，而是由2-4种结构单元构成的不均一聚糖。 

随着石化资源的相对枯竭、世界森林面积的急剧减少和木材价格的提高，全球掀起了研究和开发利用农林废弃物的高潮，特别是对半纤维素方面的研究，更重要的是改性的或衍生的聚合物为进一步开发利用半纤维素的各种性质提供了新的机会。半纤维素的阳离子化改性是提高半纤维素利用率的一个有效途径。其制备方法主要分为半纤维素的提取和阳离子半纤维的制备两部分。 

目前，半纤维素的提取方法主要为碱性提取半纤维素的方法，虽然这种方法已经得到了广泛的应用，但是由于其提取过程消耗时间比较长，一般需要8～16h，且提取率不够高，因此对提取造成了诸多不便。 

相比原半纤维素，阳离子半纤维素的水溶性、阳电性、疏水性、表面活性均比较高，在制药、污水处理、造纸助剂、热塑性材料、食品添加剂等方面具有很大的应用潜力。目前制备阳离子纤维素的方法主要有湿法和微波干法，传统的湿法工艺成本比较高，而且由于剧烈的水解作用，无法制备较高取代度的阳离子半纤维素。干法虽然具有操作简单、反 应效率高、环境友好等特点，但是所得产品的取代度比较低，一般只有0.01～0.02，这就限制了它们的应用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碱性溶解和超声波强化双重作用下提取半纤维素，再经低温等离子体引发和超声波强化来制备阳离子半纤维素的新方法，该方法不仅可以缩短半纤维素的提取时间，而且还增大了阳离子半纤维素的取代度。 

本发明以如下技术方案解决上述技术问题： 

本发明等离子体引发制备阳离子半纤维素的方法，它的操作步骤如下： 

1)半纤维素的提取： 

取植物原料20g与6g亚氯酸钠加入650ml水中，在酸性环境下于75℃反应1h，再加入6g亚氯酸钠，继续反应1h，以脱除木素得到综纤维素，将得到的综纤维素置于质量百分浓度为8％的KOH的溶液中，固g∶液mL＝1∶20，再将上述综纤维素和KOH的混合溶液置于超声波粉碎机中对综纤维素进行强化处理，超声波处理一定时间后，用过滤器过滤，取滤液，并将滤液用6mol/L的乙酸中和至pH为5.5，再用三倍上述溶液体积的乙醇沉淀、过滤，再经乙醇洗涤后在60℃条件下真空干燥24h，得到半纤维素. 

2)阳离子半纤维素的制备： 

取一定量1)步骤得到的半纤维素置于低温等离子体反应腔中进行低温等离子体处理，然后将1g处理后的半纤维素加入到30mL水中，置于超声波反应器中，在搅拌条件下于60℃溶解30min，降温至30℃后加入50mL乙醇与水按体积比为4∶1的混合液，再加入一定量NaOH碱化20min，然后升温到60℃加入一定量阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应一定时间，降至室温后用盐酸中和至pH为5.5，再用三倍上述溶液体积的乙醇沉淀、过滤，再经乙醇洗涤后再在60℃下真空干燥24h，得到阳离子半纤维素。