[发明专利]一种均相一步法制备两性纤维素醚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备两性纤维素醚的方法，属于特殊化学品加工领域。

背景技术

纤维素在自然界中主要由光合作用合成的，据统计每年生产约1.5×10¹²t的纤维素，但是每年的消耗量与之大致相等甚至更多一些。以纤维素状态消耗的有1.5亿吨，其中造纸占1.0亿吨，纺织占0.12亿吨，化学改性的纤维素只占700万吨左右，而每年大约有10亿的木材当作燃料和建筑原木，木材中有50％为纤维素。随着不可替代能源如：石油、煤炭等储量的下降，石油价格的攀升以及各国对环境要求的日益提高，纤维素作为可再生的绿色资源，在各个行业中的应用也越来越受到科研工作者的重视。

目前，纤维素的主要研究方向是探索研究纤维素结构和性能的关系，进一步高效的分离出纤维素；从分子水平上研究控制合成纤维素衍生物、再生纤维素，从而能够生产出有特殊性能的精细化工产品；人工合成纤维素，探索细菌纤维素及其功能特性，以希望得到植物合成纤维素的机制；同时拓展纤维素在新技术、新能源、新材料中的应用。

纤维素是一种天然高分子化合物，其化学结构是以无水β-葡萄糖为基环的多糖大分子，在每个基环上有一个伯羟基和两个仲羟基，由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-1，4-糖苷键以C1椅式构象联结而成，其化学实验式为(C₆H₁₀O₅)_n。从结构式可以看出纤维素每个糖基上都具有三个羟基，分别是C2、C3位碳上的仲醇羟基和C6位上的伯醇羟基。而且这三个羟基在多相化学中有着不同的化学特性，可以发生氧化、醚化、接枝共聚等反应。由于这三个羟基既可以部分参加反应，也可以全部参加反应，因此，在一定的条件下可以设计葡萄糖基环单元上的化学官能团的种类和位置，并且还可以控制这三个羟基上的化学官能团的取代度和取代度的分布。那么就可以从葡萄糖基环单元化学结构上设计纤维素的化学结构，从而研究出更多适合工业生产的纤维素衍生物产品。

除了以上特点外，纤维素分子聚集体内的氢键分布是不均匀的。在纤维素分子聚集体内，有的地方几乎全是氢键，这样的氢键较密集区域称为结晶区，其他的区域即为无定形区，这就是纤维素的两相结构。结晶区中存在数目较大的氢键，而氢键是较强的分子间作用力，由于这些氢键的存在，相互交织，形成巨大的氢键网格，从而导致纤维素结晶区晶体结构的致密性，这与无定形区的结构式是明显不同的。因此，纤维素的化学性质不仅仅取决于其化学组成，还取决于其超分子结构，化学性质是多重因素的结合。由此可知，纤维素具有两相、多层次、复杂的超分子结构，这也造成了化学反应性质的多样性。

两性纤维素就是这样一种高附加值的纤维素衍生产品。它是一类水溶性的纤维素衍生物，与普通两性电解质一样有特殊的溶液性质和流变性能，具有增稠、降阻、絮凝、悬浮等功能，另一方面还具有高分子多糖来源丰富，易生物降解等优点，可望在油田开采、造纸、纺织、医药、环保、湍流减阻、胶体保护等方面获得重要应用。然而，目前我们对两性纤维素的研究，包括生产、性质的了解和应用却非常有限。现在制备两性纤维素的工艺一般都利用现成的简单水溶性纤维素衍生物作为反应起始物来合成。比如，Zhen克克.Z.等利用水溶性的阴离子型的羧甲基纤维素(CMC)为原料，与3-氯-2-羟基-N-丙基-三甲基氯化铵(CHPTMAC)在碱性条件下反应来引入阳离子基团。Zhan克L.M.等也是以CMC为原料，再接枝丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲胺乙酯从而引入阳离子基团，并把产品用作钻探泥浆添加剂。Wan克D.也是以CMC为原料，采用相似的方法，聚合丙烯酸、丙烯酰胺和2-甲基丙烯酰氧基乙基-三甲基氯化铵制备超吸水两性纤维素。Hon克等以磺酸纤维素为基础，引入一个长链的甘油基十二烷基二甲基氯化铵(克DDMAC)从而制备两性的纤维素基表面活性剂。

从上面所述的两性纤维素的合成方法可以看出，他们都是以易溶的纤维素衍生物为原料来合成的。他们在合成两性纤维素的时候虽然避开了纤维素很难溶解的问题。但是，在生产起始物(比如CMC)的时候，纤维素的溶解与反应问题依然存在。另外由于从天然原料纤维素到产品经历了两步，中间必不可少需要分离、纯化，造成其成本太高，制约其应用。