[发明专利]一种利用离子液体制备羧甲基纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质转化领域，涉及羧甲基纤维素的制备，尤其是涉及利用离子液体制备羧甲基纤维素。

背景技术

羧甲基纤维素（CMC），是一种阴离子型的纤维素醚产品，外观上为微黄色或白色絮状纤维粉末，易溶于冷水和热水，形成具有一定粘度的透明胶体溶液，取代度越高，水溶性越好。CMC水溶液有良好的成膜、粘结、增稠、乳化等性能，且具有假塑性和触变性，因此广泛用于石油天然气开采、纺织印染、造纸、日化、陶瓷、建筑、医药和涂料等行业，是一种具有最广泛用途、最大产量、使用最方便的纤维素醚产品。

离子液体（ILs）是一种在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，具有不挥发、热容大、电化学窗口宽、可设计等特点，并对许多生物质表现出着良好的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛的应用。

离子液体对纤维素有着良好的溶解性能，这为均相合成纤维素衍生物提供了可能。但均相合成羧甲基纤维素时，体系的粘度会由于离子液体的引入而增大，不利于反应传质传热的进行；同时较大的粘度也增大了搅拌阻力，无形中增加了能耗。在传统的离子液体制备羧甲基纤维素一步法中，纤维素的碱化和醚化同时在高温下进行，这虽然有效避免了上述两个问题的发生，但碱纤维素的生成作为一个放热过程却受到了抑制，而碱纤维素的不足或者纤维素碱化力度不够，会使得最终产品取代度不高，难以满足工业需要，这也是目前离子液体制备羧甲基纤维素亟需解决的问题。同时，一步法制备过程中为了减小粘度而使用的稀释剂（如二甲基亚砜等）在高温碱性条件下不稳定，造成体系粘度增大的同时也污染了环境。另外，不同离子液体阴阳离子和纤维素羟基作用力大小不一，溶解纤维素能力就有差异，与最终产品吸附能力也就不同，所以后续的洗涤过程中一些离子液体就难以洗脱，而为了尽可能的将离子液体洗脱，保证产品杂质含量在一定范围，甲醇等毒性较大的洗脱剂被广泛的使用，这显然不利于环境的净化。

发明内容

本发明的目的是采用纤维素碱化和醚化分开的两步法，再辅以冷凝回流和乙醇搅拌洗涤手段，提高利用离子液体制备的羧甲基纤维素的取代度，减少制备过程中二甲基亚砜的损失和使用量，洗脱最终产品中混有的离子液体，降低产品含氮量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用离子液体制备羧甲基纤维素的方法，即以微晶纤维素为原料，采用纤维素碱化和醚化分开的两步法制备羧甲基纤维素。该法按如下步骤进行：

（1）溶解：将重量份数为10～30份的微晶纤维素加入到混合溶液中进行溶解，在70～100℃下搅拌0.5～6h，得到均匀澄清的纤维素溶液。所述混合溶液由以下重量份数的原料组成：离子液体100～300份，二甲基亚砜60～180份。

（2）碱化：向步骤（1）中纤维素溶液加入重量份数为30～60份的氢氧化钠进行碱化反应，在30～60℃下搅拌6～24h，得到碱纤维素。

（3）醚化：向步骤（2）中碱纤维素加入重量份数为15～40份的氯乙酸钠进行醚化反应，在60～90℃下搅拌1～6h，得到羧甲基纤维素半成品。

（4）洗涤烘干：将步骤（3）中羧甲基纤维素半成品进行洗涤、烘干、粉碎得到所述的羧甲基纤维素。

所述步骤（1）中，离子液体阳离子是咪唑离子①，阴离子可以是：磷酸酯离子②、醋酸离子③和氯离子④，R₁是烷基或烯丙基，R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇是烷基。

所述步骤（1）至（3）中，实验装置都加有立式冷凝器进行冷凝回流。

所述步骤（4）中，所述洗涤干燥的具体步骤为：加入重量份数为60～150份的无水乙醇，搅拌0.5～2h，抽滤后再用重量份数为80～200份的80%～90%乙醇水溶液洗涤，然后用重量份数为30～75份的无水乙醇洗涤，最后在80～120℃下烘干6～24h可得所述羧甲基纤维素。

本发明的有益效果是：

制备过程中的冷凝回流，有效的减少了二甲基亚砜在高温碱性条件下的损失，从而不会使体系粘度很大，这样也就减少了所需要添加的二甲基亚砜的量，降低了对环境的污染；两步法即碱化和醚化的分步进行，保证了纤维素在低温下充足的碱化，有利于产品取代度的提高；反应结束后加入乙醇进行搅拌，有利于离子液体的洗脱，最终产品含氮量降低。

附图说明

图1为本发明制备羧甲基纤维素和微晶纤维素的FT-IR谱图

图2为本发明制备羧甲基纤维素和微晶纤维素的XRD图