一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法及其烷基化改性方法
【專利摘要】一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法及其烷基化改性方法，將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；然后在磨漿機中精磨，將得到的植物纖維漿料經超聲處理、無水乙醇浸透，再抽濾、打散、干燥，得到處理過的植物纖維。將得到的植物纖維進行烷基化改性，得到烷基化植物纖維，本發明機械加超聲處理能夠能破壞植物纖維細胞壁細纖維層之間的氫鍵結合，增加纖纖維表面游離羥基數量的方法，從而提高改性試劑的可及度，增加植物纖維素烷基化改性的效率，而且本發明能夠在保留纖維自身強度的基礎上提高其熱塑性能。
【專利說明】一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法及其烷基化改性方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于天然高分子【技術領域】，具體涉及一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法及其烷基化改性方法。
【背景技術】
[0002]天然植物纖維是自然界中最為豐富的可再生資源，具有生物可降解性和環境友好性的特點，其主要成分纖維素、半纖維素和木素大分子結構中含有能夠參與化學反應的官能團，可以通過酯化、醚化等方法改變其熱性能，從而制備出具有良好熱塑性能的功能材料。
[0003]但是，天然植物纖維化學改性是改性試劑與纖維素大分子鏈上游離羥基的反應，纖維表面以及細胞壁內部游離羥基的數量以及改性藥液滲透的深度會在很大程度上影響最終改性纖維的增重率和羥基的取代度。通常采用堿液浸泡的方法來提高纖維表面游離羥基的數量，但是該方法藥品用量大、反應耗時長、改性效率低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法及其烷基化改性方法，該方法既能最大限度保留纖維平均長度，又能增加植物纖維素烷基化改性的效率，在保持纖維自身強度的基礎上提高其熱塑性能。
[0005]為了達到上述目的，本發明提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法包括以下步驟:
[0006]I)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；然后將植物纖維懸浮液置于磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到106.8%?228.3%，得到植物纖維漿料；
[0007]2)將植物纖維漿料經超聲處理，然后用無水乙醇浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、干燥，得到處理過的植物纖維。
[0008]所述的步驟I)植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為(5?17):100。
[0009]所述的步驟I)磨漿機采用PFI磨漿機，且磨漿間隙為0.3?0.7mm,磨漿總轉數為500轉?10000轉。
[0010]所述的步驟2)超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的1%?4%。
[0011]所述的步驟2)中超聲的功率為400W，超聲頻率為20-100KHZ，處理時間2?15min。
[0012]所述的步驟2)中乙醇浸透所需要的時間為5?20min。
[0013]所述的步驟2)中采用風干的方式進行干燥。
[0014]一種利用上述方法得到的植物纖維的烷基化改性方法，將植物纖維、1，4- 二氧六環溶劑、十六烷基三甲基溴化銨、環氧氯丙烷、濃度為6mol/L的NaOH水溶液加入反應容器中，在70°C下反應6小時，將得到的物料冷卻至室溫并用水、丙酮交替充分洗滌至物料為中性，然后于60°C下真空干燥，即得到烷基化植物纖維；其中，每克植物纖維加入5mL的環氧氯丙烷，每克植物纖維中加入0.1g十六烷基三甲基溴化銨，環氧氯丙烷與NaOH水溶液的體積比為5:4。
[0015]每克植物纖維加入7.5mL的1，4_ 二氧六環溶劑。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0017]本發明機械加超聲處理能夠能破壞植物纖維細胞壁細纖維層之間的氫鍵結合，增加纖維表面游離羥基數量的方法，從而提高改性試劑的可及度，增加植物纖維素烷基化改性的效率，而且本發明能夠在保留纖維自身強度的基礎上提高其熱塑性能。利用本發明獲得的植物纖維進行烷基化改性，可獲得增重率為50.8%?89.4%、環氧值為5.98mmol/g?
8.39mmol/g (鹽酸一丙酮法測定)，玻璃化轉移溫度在185°C?132°C (差示量熱掃描分析)的烷基化纖維。
[0018]另外，本發明采用的磨漿機機械處理以及超聲處理無藥劑污染，因此，本發明工藝環保。
[0019]進一步，本發明采用的PFI磨漿機對纖維能夠使細胞壁中細纖維層產生位移和滑動，吸水潤脹，表面分絲。而本發明磨漿時由于采用的濃度較常規濃度高，且一般磨漿間隙為0.2_，而本發明的磨漿間隙在0.3-0.7_，這樣能減少切斷增加纖維相互之間的摩擦，保留長度的基礎上增加層與層之間的分離，因此，本發明能夠最大限度保留纖維平均長度。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]I)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為5:100 ;然后將植物纖維懸浮液置于PFI磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到106.8%，得到植物纖維漿料；其中，PFI磨漿機的磨漿間隙為0.3mm,磨衆總轉數為6000轉；
[0022]2)將植物纖維漿料以400W的超聲功率、50KHz的超聲頻率超聲處理7min，然后用無水乙醇浸泡5min使浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、風干，得到處理過的植物纖維；其中，超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的I%。
[0023]實施例2:
[0024]I)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為10:100 ;然后將植物纖維懸浮液置于PFI磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到150.2%，，得到植物纖維漿料；其中，PFI磨漿機的磨漿間隙為0.7mm,磨漿總轉數為500轉；
[0025]2)將植物纖維漿料以400W的超聲功率、IOOKHz的超聲頻率超聲處理2min，然后用無水乙醇浸泡12min使浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、風干，得到處理過的植物纖維；其中，超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的3%。[0026]實施例3:
[0027]I)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為17:100 ;然后將植物纖維懸浮液置于PFI磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到228.3%，得到植物纖維漿料；其中，PFI磨漿機的磨漿間隙為
0.5mm,磨漿總轉數為10000轉；
[0028]2)將植物纖維漿料以20W的超聲功率、IOOKHz的超聲頻率超聲處理15min，然后用無水乙醇浸泡20min使浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、風干，得到處理過的植物纖維；其中，超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的4%。
[0029]實施例4:
[0030]I)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為15:100 ;然后將植物纖維懸浮液置于PFI磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到200%，得到植物纖維漿料；其中，PFI磨漿機的磨漿間隙為
0.4mm,磨漿總轉數為8000轉；精磨處理時控制打漿度為24° SR ;
[0031]2)將植物纖維漿料以20W的超聲功率、80KHz的超聲頻率超聲處理lOmin，然后用無水乙醇浸泡Smin使浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、風干，得到處理過的植物纖維；其中，超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的2%。
[0032]上述實施例1?4中采用的植物纖維為針葉木纖維，但其他植物纖維也是可以適用的。
[0033]采用本發明實施例提供的方法處理過的纖維進行以下改性:
[0034]將處理過的針葉木纖維lg，I, 4- 二氧六環溶劑7.5mL,十六烷基三甲基溴化銨作催化劑0.lg、環氧氯丙烷改性劑5mL，4mL、6mol/L NaOH溶液于250mL三口燒瓶中，在反應溫度為70°C的條件下反應6小時。反應結束后，將物料冷卻并用水、丙酮交替充分洗滌至產物為中性，并于60°C下真空干燥，即可獲得增重率為50.8%?89.4%、環氧值為5.98mmol/g?8.39mmol/g (鹽酸一丙酮法測定)，玻璃化轉移溫度在185°C?132°C (差示量熱掃描分析)的烷基化針葉木纖維。
[0035]由于最終得到的烷基化針葉木纖維的增重率為50.8%?89.4 %、環氧值為
5.98mmol/g?8.39mmol/g,因此，經過本發明能提高植物纖維烷基化改性的效率。
[0036]本發明采用機械和超聲波處理相結合的方式，在保留原纖維平均長度的基礎上，破壞細胞壁中細纖維之間的氫鍵結合，并松動纖維細胞壁，分離出纖維細胞壁中的細纖維，破壞纖維素結晶區結構，使纖維細胞壁層與層之間發生分離，纖維表面暴露出更多的游離羥基，從而提高改性試劑的可及度，在保留纖維自身強度的基礎上增加植物纖維素烷基化改性的效率。
【權利要求】
1.一種提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將植物纖維分散在水中制成植物纖維懸浮液；然后將植物纖維懸浮液置于磨漿機中進行精磨處理直到植物纖維的保水值達到106.8%?228.3%，得到植物纖維漿料； 2)將植物纖維漿料經超聲處理，然后用無水乙醇浸透，再抽濾以收集經過處理的植物纖維，最后將經過處理的植物纖維打散、干燥，得到處理過的植物纖維。
2.根據權利要求1所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟I)植物纖維懸浮液中植物纖維的絕干質量與水的質量比為(5?17):100。
3.根據權利要求1所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟I)磨漿機采用PFI磨漿機，且磨漿間隙為0.3?0.7mm,磨漿總轉數為500轉?10000 轉。
4.根據權利要求1或3所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟2)超聲處理前控制植物纖維漿料中植物纖維的絕干質量占植物纖維漿料總質量的1%?4%。
5.根據權利要求1所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟2)中超聲的功率為400W，超聲頻率為20-100KHZ，處理時間2?15min。
6.根據權利要求1所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟2)中乙醇浸透所需要的時間為5?20min。
7.根據權利要求1所述的提高烷基化改性效率的植物纖維預處理方法，其特征在于:所述的步驟2)中采用風干的方式進行干燥。
8.一種利用權利要求1所述的方法得到的植物纖維的烷基化改性方法，其特征在于: 將植物纖維、1，4- 二氧六環溶劑、十六烷基三甲基溴化銨、環氧氯丙烷、濃度為6mol/L的NaOH水溶液加入反應容器中，在70°C下反應6小時，將得到的物料冷卻至室溫并用水、丙酮交替充分洗滌至物料為中性，然后于60°C下真空干燥，即得到烷基化植物纖維；其中，每克植物纖維加入5mL的環氧氯丙烷，每克植物纖維中加入0.1g十六烷基三甲基溴化銨，環氧氯丙烷與NaOH水溶液的體積比為5:4。
9.根據權利要求9所述的植物纖維的烷基化改性方法，其特征在于: 每克植物纖維加入7.5mL的1，4- 二氧六環溶劑。
【文檔編號】D21D1/20GK104005248SQ201410213785
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】修慧娟, 李金寶, 韓卿, 夏新興, 張茹 申請人:陜西科技大學