[发明专利]一种木质素碳酸酯的制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素碳酸酯的制备方法，包括如下步骤：(1)在高压反应釜中将木质素溶解于有机溶剂中，搅拌混合1‑100min，得到均相溶液A品；(2)往均相溶液A品中加入有机碱和相转移催化剂，通入COsubgt;2/subgt;并将压力稳定至0.10‑15MPa，在10‑100℃下反应1‑10h，得到木质素基碳酸单酯中间体B品；(3)向B品中加入与木质素上的羟基的摩尔比为0.1‑2:1的卤代化合物，在COsubgt;2/subgt;压力为0.1‑10MPa、温度为10‑100℃下反应0.1‑48h，得C品；(4)反应结束后，向C品中倒入水或C1‑C3的低级脂肪醇，将其沉淀再生，然后洗涤、干燥后得到木质素碳酸酯。本发明具有制备过程环保，且酯化效率高的特点；此外，还具有木质素碳酸酯结构、功能可调，制备工艺简单，溶剂可循环使用的特点。

技术领域

本发明涉及一种木质素碳酸酯的制备方法，特别是一种木质素碳酸酯的制备方法。

背景技术

传统上对木质素的利用主要是通过直接焚烧，利用价值低，不仅造成资源浪费也导致环境污染，由于木质素结构复杂且类型繁多，不能直接作为结构材料使用，对木质素进行功能化修饰是实现木质素高值化利用的重要途径。木质素可以作为芳香族化学品和高分子材料的原材料，木质素上含有大量的酚羟基、脂肪族羟基几羧基基团，这些结构特征决定其具有高值化利用的潜力，目前对木质素的改性包括：酯化、醚化、氧化预处理、胺化还原，改性后的木质素可作为阻燃材料、吸附材料、光化学材料、电化学材料、医药材料等。

酯化改性后的木质素性能会有显著提升，尤其在相容性方面，可以作为添加剂用于3D打印的油墨或包装材料中。传统上对木质素的酯化采用酸酐或酰氯，酸酐的反应活性非常高，可以同时实现对木质素上的酚羟基和脂肪族羟基的酯化，有研究表明木质素与丁酸酐反应后不仅溶解性增加，而且在聚乳酸及纤维素丁酸脂等生物可降解聚合物中的相容性显著提升Biomacromolecules,2005,6,1895–1905；Eur.Polym.J,2017,93,618–641。木质素和酰氯反应后可以和聚丙烯、聚苯乙烯等传统的合成高分子进行共混改性(ACSSustainableChem.Eng.,2016,4,5238–5247；)。但以上两种策略存在以下缺点：首先，由于在酯化反应过程中使用了有毒的溶剂和催化剂产生大量废弃物，尤其是使用酰氯会导致有毒卤化物的形成；其次，分离这些有毒的溶剂和催化剂会导致生成成本的提高，同时会引起环境污染问题；再次，当采用长链酸酐或酰氯时，木质素的酯化效率比较低。因此，传统对木质素的酯化方法不符合绿色化学的要求，并且效率不高。

本发明专利使用有机溶剂溶解木质素，并在有机碱及相转移催化剂存在下与二氧化碳反应，生成木质素基碳酸酯单酯中间体，之后加入卤代试剂进行亲核取代反应，制备木质素碳酸酯功能材料，获得的材料结构和性质、功能性可调，合成方法新颖，工艺简单，操作方便，溶剂可循环使用等优点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种木质素碳酸酯的制备方法。本发明具有制备过程环保，且酯化效率高的特点；此外，还具有木质素碳酸酯结构、功能可调，制备工艺简单，溶剂可循环使用的特点。

本发明的技术方案：一种木质素碳酸酯的制备方法，包括如下步骤：

(1)在高压反应釜中将木质素溶解于有机溶剂中，搅拌混合1-100min，得到均相溶液A品；

(2)往均相溶液A品中加入有机碱或无机碱和相转移催化剂，通入CO₂并将压力稳定至0.10-15MPa，在10-100℃下反应1-10h，得到木质素基碳酸单酯中间体B品；

(3)向B品中加入与木质素上的羟基的摩尔比为0.1-2:1的卤代化合物，在CO₂压力为0.1-10MPa、温度为10-100℃下反应0.1-48h，得C品；

(4)反应结束后，向C品中倒入水或C1-C3的低级脂肪醇，将其沉淀再生，然后洗涤、干燥后得到木质素碳酸酯。