[发明专利]一种蔗髓氧化纤维素的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用糖纸产业的固体废弃物——蔗髓制造C₆-氧化纤维素的方法，属于天然纤维素材料技术领域。

背景技术

氧化纤维素作为纤维素衍生物的一种，具有良好的生物相容性、生物可降解性和无毒等特点，以被广泛用于医疗、烟草、离子交换材料等行业^[1]。通常，纤维素的氧化反应可分为选择性氧化和非选择性氧化^[2]。因选择性氧化反应具有可控性好和指向性高等特点，且氧化产物纯度较高，功效突出。同时，选择性氧化可使纤维素单元上的指定羟基发生反应，改变纤维素的结构，赋予材料许多新的功能。因此，选择性氧化纤维素已经成为纤维素科学与纤维素新材料研究领域中的热点。

众所周知，纤维素是由D-吡喃式葡萄糖酐以β-1，4-苷键连结而成的线性半刚性天然高分子，在其大分子链中每个葡萄糖基环上有三个活泼羟基（C_2,3仲羟基和C₆伯羟基）。选择性氧化剂，即仅发生在伯羟基或仲羟基上，同时抑制其它部位的氧化，该过程可以通过选择控制合适的氧化体系和反应条件来实现。纤维素C₆伯羟基氧化体系是从众多伯醇选择性氧化体系中演化而来，国内外学者作了很多相关方面的研究^[3-5]，包括NO₂氧化体系，氯酸钠、亚氯酸钠和溴酸钠氧化体系，次氯酸盐氧化体系以及氮氧基类氧化体系等。其中，哌啶氮氧化物自由基（TEMPO类自由基）因具有弱氧化性，在共氧化体系（例如，NaClO和NaClO₂）的存在下，具有良好的选择性，且反应条件缓和，近年来用含TEMPO类的共氧化剂作为新型选择性氧化体系对纤维素进行改性已成为研究的热点^[6]。

但是，通常制备氧化纤维素的原料，几乎都来自植物纤维细胞的纤维素。这些天然纤维素的高度结晶状态如不进行活化预处理，就决定了多数的化学反应的不均一性和低反应性。除了纤维细胞之外，植物组织的又一有机构架----薄壁细胞在非木材原料中所占比例是不容小阙的，例如蔗渣就有约1/3是薄壁细胞（通常是构成蔗髓的主要细胞成分），仅云南省一年约有40万吨的蔗髓资源产生，资源数量巨大。由于薄壁细胞壁中纤维素微细纤维排列的无规律性，微细纤维中致密的结晶体数量较少，且呈无序分布状态等现象，导致了与纤维细胞相比较，薄壁细胞具有柔软可塑，与化学试剂的反应性能较高，比表面积较大等特点。因而，与纤维细胞纤维素相比较，薄壁细胞更易最大限度地暴露出游离的羟基，增大反应的可及度，增加氧化反应的均匀性和重复性，提升纤维素的选择性氧化程度。因此，对于制备C₆氧化纤维素而言，蔗髓薄壁细胞反而有其独到的优势之处，这就是本申请关注的焦点。

综上分析，结合云南糖纸产业发展特性，为提高蔗渣资源的综合利用效率，弥补薄壁细胞选择性氧化纤维素类研究的空缺，本申请详细陈述蔗髓氧化纤维素的制备工艺。深入探究和开发该氧化纤维素的性能，不仅为相关薄壁细胞中C₆氧化纤维素的研究提供一定的理论依据，也可为云南糖纸生产副产物---蔗髓的高附加值利用起到积极的推动作用。

参考文献

[1] 李琳，赵帅，胡红旗.纤维素氧化体系的研究进展[J].纤维素科学与技术，2009，17（3）：59-64.

[2] 耿存珍，夏延致，全凤玉.纤维素的选择性氧化及发展趋势[J].功能材料，2012，43（15）：1976-1980.

[3] Kai Zhang, Steffen Fischer, Andreas Geissler, et, al. Analysis of carboylate groups in oxidized never-dried cellulose Ⅱ catalyzed by TEMPO and 4-acetamide-TEMPO [J]. Carbohydrate Polymers, 2012,87:894-900.