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一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法技术

技术编号:19092705 阅读:24 留言:0更新日期:2018-10-03 00:23
本发明专利技术涉及一种利用低共熔溶剂提取葡萄皮、葡萄籽、柑橘等果树残渣中纤维素制备流平剂的方法,包括选用碱性低共熔溶剂提取纤维素及酸性低共熔溶剂参与纤维素酯化的工艺。通过选择合适的组成和配比来调节低共熔溶剂的物理化学性质,发挥其作为绿色溶剂在纤维素提取酯化过程中的应用能力,实现利用不同果蔬残渣制备纤维素酯基流平剂的绿色工艺。

Method for preparing leveling agent from fruit and vegetable residue

The invention relates to a method for preparing leveling agent by extracting cellulose from grape peel, grape seed, citrus and other fruit tree residues with low eutectic solvent, including the process of extracting cellulose with alkaline low eutectic solvent and participating in cellulose esterification with acidic low eutectic solvent. By choosing suitable composition and proportion to adjust the physical and chemical properties of low eutectic solvents, the green process of preparing cellulose ester-based leveling agent from different fruit and vegetable residues was realized.

【技术实现步骤摘要】
一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法
本专利技术涉及一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法,包括低共熔溶剂参与下果蔬残渣中纤维素的提取、纤维素的酯化工艺,属于纤维素的预处理及纤维素酯的制备领域。
技术介绍
农业废弃物资源化再利用是影响农业发展的关键因素,是国家发展生物质能源的重点战略,可实现农业废弃物变“废”为“宝”,消除环境污染,改善生态环境,促进农业的可持续发展。2016年,国家出台了《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》,明确部署围绕农作物秸秆等废弃物,以就地消纳、能量循环、综合利用为主线,着力探索构建农业废弃物资源化再利用的有效治理模式。据国家统计局、农业部统计,2016年我国果蔬总产量约为10.5亿吨,约产生2.9亿吨的果蔬废弃物。果蔬废弃物可通过提取多酚、蛋白质、氨基酸、果胶等得到利用,提取后的残渣含有大量纤维素、半纤维素和木质素等成分,通常采用直接掩埋或焚烧,不仅造成资源浪费,而且污染环境,已成为不容忽视的问题。因此,如何对果蔬残渣进行资源化再利用,提高其附加值,是果蔬加工产业亟需解决的关键问题。目前,在果蔬残渣的利用方面主要采用青贮、发酵、碳化等传统方法,将其转化为动物饲料、有机肥、生物质炭等产品。然而,现有技术已很难适应当前市场经济的需求,存在果蔬残渣利用技术落后,利用率低,推广价值不高。如菠萝深加工后的废弃物,大多采用烘干直接燃烧供热或者还田的方式,创新性技术少;苹果、柑橘等残渣可制成动物饲料,实现一定程度上的资源再利用,但附加值低,存在农药化肥残留等问题。以纤维素酯化制取高附加值纤维素酯为例,果蔬残渣中伴存的木质素的基本单元是苯丙烷基,由醚键和碳-碳键链接而成,不但自身无法水解,而且在纤维素与半纤维素周围形成保护层,影响纤维素和半纤维素的酯化。纤维素价格低廉、无毒无害、可生物降解,其应用推陈致新,而纤维素的提取依然是国内外研究的热点和难点。目前,纤维素的提取方法中物理方法造成纤维素降解严重,酸碱处理法产生大量废液,有机溶剂处理体系能够实现溶剂回收,但也会造成挥发性有机化合物(VOC)污染。离子液体能够有效分离纤维素,但其成本较高,难以形成产业化。新兴“低共熔溶剂”技术摒弃机械研磨和化学蒸煮,在残渣处理过程中能提纯纤维素并可副产高纯木质素。此外,采用DES对纤维素原料预处理能够显著增强其分散与溶胀性,在纤维素的提取转化工艺中展现出较大优势。改变DES的氢键供体与受体的类型及含量,可实现木质素、纤维素的定向提取,部分酸性DES可制备高附加值纤维素纳米晶,DES也可以直接作为反应溶剂实现纤维素可控改性。然而,主体DES空穴对客体纤维素、木质素的专一性捕获,主客体作用方式和作用强度等提取转化中的共性与个性等问题有待进一步探究。流平剂是一种重要的涂料助剂,在干燥成膜过程中能赋予涂料形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。目前国内外所采用的粉末涂料流平剂有:醋丁纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯等。针对当前果蔬残渣纤维素提取与化学改性过程中三废产生严重,产品附加值低等问题,本专利技术采用低共熔溶剂技术改善纤维素提取工艺,实现温和条件下果蔬残渣中纤维素的高效提取,建立纤维素绿色酯化转化关键技术体系,突破现有工艺高废酸产生的瓶颈问题,为产业化利用奠定基础。
技术实现思路
本专利技术专利的目的在于提供一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法。为达到上述目的,本专利技术具体技术方案是:(1)利用低共熔溶剂提取果树残渣中纤维素,提取体系包括:果树残渣、低共熔溶剂,其中,按质量比,果树残渣、低共熔溶剂=1﹕1~20;提取温度:20~60摄氏度;提取次数:1~3次;提取时间:6~24小时;其中,所述果树残渣为:葡萄皮、葡萄籽、苹果果皮、柑橘皮、香蕉皮、柚子皮中的一种;所述低共熔溶剂为:氯化胆碱/尿素、四丁基氢氧化铵/二甲亚砜中的一种。(2)利用步骤(1)提取的纤维素进行酯化反应制备流平剂,酯化反应体系包括步骤(1)提取的纤维素、正丁酸、乙酐、低共熔溶剂,其中,按质量比,纤维素、不饱和脂肪酸、低共熔溶剂=100~500﹕0~500﹕0~100﹕20~200:100~1000;酯化反应温度:60~80摄氏度;反应时间:1~4小时;反应结束后倒入大量的水中充分洗涤、抽滤、干燥制备纤维素基流平剂;其中,所述纤维素为:步骤(1)提取的纤维素;所述低共熔溶剂为:氯化胆碱/丙二酸、氯化胆碱/草酸、氯化胆碱/乙二醇中的一种。上述反应体系提供了一种利用提取果蔬残渣制备流平剂方法。因此,本专利技术要求同时保护应用上述反应体系合成流平剂,包括以下方面:(1)低共熔溶剂作用下果蔬残渣中纤维素的提取;(2)低共熔溶剂作用下提取的果蔬残渣中纤维素的酯化工艺;(3)合成的纤维素酯基流平剂的流平性能。由于上述技术方案运用,本专利技术与现有技术相比具有下列优点:(1)本专利技术制备流平剂利用的葡萄皮、葡萄籽、苹果果皮、柑橘皮、香蕉皮、柚子皮等果蔬残渣一方面解决果蔬残渣废弃物污染环境问题,另一方面制备的流平剂成本较低,附加值较高;(2)本专利技术制备流平剂采用低成本的低共熔溶剂实现果树残渣中纤维素的提取和酯化过程,具有较强的绿色、环保特点,有效的消除了涂料的缩孔、桔皮等问题,提高了涂料的流平性能。具体实施方式下面结合典型实施案例对本专利技术作进一步描述,但本专利技术并不限于以下实施案例。所述方法如无特殊说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所用的化学试剂:氯化胆碱分析纯国药集团化学试剂有限公司;尿素分析纯国药集团化学试剂有限公司;四丁基氢氧化铵分析纯国药集团化学试剂有限公司;二甲亚砜分析纯国药集团化学试剂有限公司;正丁酸分析纯国药集团化学试剂有限公司;乙酐分析纯国药集团化学试剂有限公司;氯化胆碱/丙二酸分析纯国药集团化学试剂有限公司;草酸分析纯国药集团化学试剂有限公司;乙二醇分析纯国药集团化学试剂有限公司;四氢呋喃分析纯国药集团化学试剂有限公司。实施例一:纤维素的提取工艺将柑橘残渣经日晒后,切成3-5厘米的小条,磨碎成粉,并用筛子筛选出60-80目之间的粉末。将1000克的柑橘残渣粉末加入2000毫升氯化胆碱/尿素的低共熔溶剂中,机械搅拌下加热至50摄氏度,反应10小时后,过滤烘干,重复2次,用去离子水洗涤干燥得到柑橘残渣提取后的860克的纤维素。实施例二:纤维素的酯化工艺取将实施案例一中得到的纤维素100克,加入250毫升的氯化胆碱/乙二醇的低共熔溶剂中,机械搅拌下逐滴加入20毫升的正丁酸、20毫升的乙酐,30分钟后滴加完毕,升温至80摄氏度反应2小时,反应结束后倒入大量的水中充分洗涤、抽滤、干燥得到90克的纤维素酯。实施例三:纤维素酯结构性能的表征取实施案例二制备的纤维素酯10毫克溶解在5毫升的四氢呋喃溶液中,利用超高效聚合物色谱(APC),聚苯乙烯为标样,测的其数均分子量3.5万左右,分子量分布为1.8;取实施案例二制备的纤维素酯100毫克选用旋转流变仪其粘度为2.2s/pa。核磁氢谱表征表明其乙酰基含量14.8%,丁酰基含量在38.3%,羟基含量在1.5%左右。DSC测试表明其熔点为198.6摄氏度,玻璃化转变温度为135.2摄氏度。将其作为添加剂作为涂料添加剂具有较好的流平效果,无缩孔出现。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法,包括以下2个步骤,其特征在于:(1)利用低共熔溶剂提取果树残渣中纤维素,提取体系包括:果树残渣、低共熔溶剂,其中,按质量比,果树残渣、低共熔溶剂 =1﹕1~20;提取温度:20~60摄氏度;提取次数:1~3次;提取时间:6~24小时;其中,所述果树残渣为:葡萄皮、葡萄籽、苹果果皮、柑橘皮、香蕉皮、柚子皮中的一种;所述低共熔溶剂为:氯化胆碱/尿素、四丁基氢氧化铵/二甲亚砜中的一种;(2)利用步骤(1)提取的纤维素进行酯化反应制备流平剂,酯化反应体系包括步骤(1)提取的纤维素、正丁酸、乙酐、低共熔溶剂,其中,按质量比,纤维素、不饱和脂肪酸、低共熔溶剂 =100~500﹕0~500﹕0~100﹕20~200:100~1000;酯化反应温度:60~80摄氏度;反应时间:1~4小时;反应结束后倒入大量的水中充分洗涤、抽滤、干燥制备纤维素基流平剂;其中,所述纤维素为:步骤(1)提取的纤维素;所述低共熔溶剂为:氯化胆碱/丙二酸、氯化胆碱/草酸、氯化胆碱/乙二醇中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法,包括以下2个步骤,其特征在于:(1)利用低共熔溶剂提取果树残渣中纤维素,提取体系包括:果树残渣、低共熔溶剂,其中,按质量比,果树残渣、低共熔溶剂=1﹕1~20;提取温度:20~60摄氏度;提取次数:1~3次;提取时间:6~24小时;其中,所述果树残渣为:葡萄皮、葡萄籽、苹果果皮、柑橘皮、香蕉皮、柚子皮中的一种;所述低共熔溶剂为:氯化胆碱/尿素、四丁基氢氧化铵/二甲亚砜中的一种;(2)利用步骤(1)提取的纤维素进行酯化反应制备流平剂,酯化反应体系包...

【专利技术属性】
技术研发人员:柏良久陈厚王文香马晓刚孙志向张甲康袁志茹魏东磊杨华伟牛余忠
申请(专利权)人:鲁东大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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