[发明专利]一种改性半纤维素及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性半纤维素及其制备方法，特别是涉及改性木聚糖类半纤维素及其制备方法。

背景技术

随着世界范围内石油和煤炭等不可再生资源的急剧减少及其大量使用而导致的一系列日益突出的环境问题如温室效应、酸雨等，利用可再生资源开发新能源、可降解材料替代石油材料已成为研究热点。农林植物资源的转化是可再生资源开发的一个重要分枝。

农林植物纤维原料资源中主要化学成分为纤维素、半纤维素和木素，其中纤维素含量位居第一位，木素和半纤维素次之。对农林废弃物中半纤维素的研究已成为研究热点。半纤维素具有独特的化学结构，比如具有分枝和无定形组成的不同类型的单糖（杂多糖）以及具有不同类型的官能团（例如羟基、乙酰基、羧基、甲氧基等）。与纤维素和淀粉相比，由于这些不同类型的聚糖具有不同的官能团，在具备较活泼和复杂化学反应行为的同时也使其利用受到了限制。但这些限制能够通过改性来克服，比如通过部分水解、氧化、还原、醚化或酯化及交联反应使其具备更好的应用特性。为此新型半纤维素的制备将大大推进半纤维素在工业生产中的应用，对节约资源、保护环境将会有重大的影响。

在造纸工业中，随着纤维原料的改变和更多功能化学药品的添加，造纸体系中会引人大量新的干扰物质和有害物质，使湿部干扰性物质复杂化，干扰物包括纸机湿部所有溶解的阴离子聚合物低聚物或高聚物和胶体的阴离子物质，通常被人们称为阴离子垃圾。这些阴离子垃圾是亲水性的，带有较高电荷和较高分子质量的阴离子物质，它们会和造纸湿部的阳离子助剂发生反应，大大削弱了其助剂本身的效果，严重影响成纸质量和纸机的正常运转。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高阳离子电荷密度的改性半纤维素作为阴离子垃圾捕集剂，以保证阳离子助剂的效果。本发明的目的还在于提供一种制备该改性半纤维素的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种制备改性半纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）半纤维素的预处理：将1质量份的半纤维素置于三口烧瓶中，在10-60质量份的30-80℃去离子水中预热解20-60min，然后冷却到室温（未经该预处理的半纤维素很难直接和改性剂反应）；

（2）半纤维素的碱化：加入半纤维素质量5-30%的NaOH，碱化10-60min；

（3）改性产品的制备：加入无水乙醇（用于保护半纤维素在反应过程中过度分解），其用量为：无水乙醇与步骤（1）中使用的去离子水的体积比=10-100：10-60，将体系升温至30-90℃，加入改性剂a：季铵盐类物质1-20质量份和改性剂b：酰胺类物质1-20质量份，并补充5-20质量份的去离子水，使反应体系中醇水体积比为1～8：1，反应1-9h后，冷却至室温；

（4）改性产品的处理：用盐酸调节至pH值5～6，沉淀，洗涤，抽滤后干燥。

其中，半纤维素优选木聚糖类半纤维素。

步骤（1）-（3）优选均在搅拌条件下进行，搅拌速度优选10-500r/min。

本发明的改性半纤维素是通过上述方法得到的改性半纤维素。

本发明的原理：半纤维素中有很多羟基，这些羟基可与改性剂发生反应，从而生成新的改性产物。以木聚糖半纤维素为例，其反应过程如下所示（R为源自改性剂的基团）：

本发明具有如下优点：

（1）目前还未有将半纤维素与季铵盐类和酰胺类物质同时发生反应而制备的产品。随着石油煤炭资源的过度消耗和环境问题的日益严重，对可降解材料的制备和利用已经成为研究的热点，而半纤维素作为生物质含量位居第二的资源，对其的利用将会产生重大的影响。但是半纤维素本身结构十分复杂，很难直接利用，本方法的发明对半纤维素进行改性，得到的产品具有半纤维素本身所不具有的特性，大大增加了其在工业生产中利用的可能性。

（2）本方法的发明操作简单，不需要特殊的仪器设备，一般的水浴锅和烘干箱均可用于本法。

（3）所制备产品的取代度可达0.4，在100℃以内热稳定性很好，分解率小于3%，Zeta电位和电荷密度最高分别达到35.8mv和0.881mmol/g。与未经改性的半纤维素相比，其Zeta电位和电荷密度显著改变，大大增加了其在工业生产中利用的可能性，例如可作为阴离子垃圾捕集剂应用于造纸工业中。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1-1～1-6