氰乙基纤维素的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氰乙基纤维素的制备方法，包括步骤一、对纤维素进行碱化，称取纤维素，加入异丙醇与乙醇的混合液，再加入不同浓度的氢氧化钠溶液，并进行搅拌；步骤二、对纤维素进行氰乙基化，将步骤一的混合物进行抽滤压榨，加入丙烯腈和二氯甲烷的混合液，并进行搅拌，然后分阶段升温、反应，醚化结束后用相应量的乙酸终止反应；步骤三、将步骤二获得的混合物进行沉析，用乙醇或去离子水洗涤并干燥。相比现有技术，本发明专利技术提供的氰乙基纤维素的制备方法，制备工艺简单，反应时间很好控制，CEC具有高的拉伸强度和小的断裂伸长率，没有屈服点，具有很好的刚性。

Process for the preparation of cyano ethyl cellulose

The present invention provides a method for preparing cyanoethyl cellulose, comprising the steps of a cellulose, alkalization, weigh cellulose, adding isopropanol and ethanol mixed solution, adding sodium hydroxide solution of different concentration, and stirring; step two, the cellulose Cyanoethylation, a mixture of steps filter press, mixed liquid into acrylonitrile and dichloromethane, and stirring, and then staged heating, reaction, etherification with acetic acid after the corresponding amount of termination reaction; step three, step two the mixture obtained by ethanol precipitation, or deionized water washing and drying. Compared with the prior art, the invention provides a method for producing the cyanoethyl cellulose, simple preparation process, reaction time, good control, CEC has high tensile strength and low elongation, no yield point, with good rigidity.

【技术实现步骤摘要】
氰乙基纤维素的制备方法
本专利技术涉及一种氰乙基纤维素的制备方法，属于高介电材料制备领域。
技术介绍
高介电材料是一种应用前景非常广泛的绝缘材料，由于它有着很好的储存电能和均匀电场的性能，因而在电子、电机和电缆行业中都有非常重要的应用。随着电容器、谐振器、滤波器、存储器等众多重要电子器件向高性能化和尺寸微型化方向的发展，高介电材料受到越来越多的关注。目前，高介电材料广泛应用，传统的陶瓷材料脆性大、加工温度高、损耗大；聚合物材料具有优良的加工性能，但是通常介电常数又较低。近年来，许多具有自由羟基的高聚物的氰乙基化研究已广泛开展，其中包括纤维素、乙基纤维素、壳聚糖、木质素等。在这些氰乙基化材料中，氰乙基纤维素由于其卓越的物理及化学性质而备受关注。影响氰乙基性能的一个重要因素就是取代度。部分氰乙基化的纤维素显示出良好的抗热性能、抗微生物性能、力学性能以及低回潮率。高取代的氰乙基纤维素的介电性能比较突出，具有较高的介电常数及较低的介电损耗，可用于介电材料。此外，氰乙基纤维素在高浓度有机溶剂中，还可形成胆甾相液晶。目前，氰乙基纤维素的合成方法主要是两种：均相法和非均相法。但这两种传统方法制备出的氰乙基纤维素加工难度高、损耗非常大、不能够均匀有效地进行。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种氰乙基纤维素的制备方法。本专利技术的目的是为了克服传统制备方法制备的材料的不足，提供了一种氰乙基纤维素的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：本专利技术提供了一种氰乙基纤维素的制备方法，包括以下步骤：步骤一、对纤维素进行碱化，称取5g纤维素，加入异丙醇与乙醇的混合液25g，再加入不同浓度的氢氧化钠溶液25g，并进行搅拌；步骤二、对纤维素进行氰乙基化，将步骤一的混合物进行抽滤压榨，加入丙烯腈和二氯甲烷的混合液，并进行搅拌，然后分阶段升温、反应，醚化结束后用相应量的乙酸终止反应；步骤三、将步骤二获得的混合物进行沉析，用乙醇或去离子水洗涤并干燥。优选的，上述步骤一中的异丙醇与乙醇的混合液中异丙醇与乙醇溶液比例为3:7。优选的，上所述步骤一中的搅拌是在室温下进行，搅拌2小时，进行溶解、碱化。优选的，上述步骤二中将混合物取出并用抽滤装置压榨，之后捏碎分散成小颗粒物。优选的，上述步骤二中搅拌在室温下进行，分阶段升温至50℃，反应两个小时。优选的，上述步骤三中将混合物缓慢倒入体积浓度为75%乙醇中进行沉析。优选的，上述步骤三中用乙醇或去离子水洗涤三次，并在60℃下干燥。相比现有技术，本专利技术提供的氰乙基纤维素的制备方法，制备工艺简单，反应时间很好控制，CEC具有高的拉伸强度和小的断裂伸长率，没有屈服点，具有很好的刚性。附图说明图1为本专利技术与纤维素的红外图谱对比示意图；图2为本专利技术X-射线衍射图谱示意图；图3为本专利技术CEC反应时间与取代度的关系曲线示意图；图4为本专利技术CEC的TG曲线示意图；图5为本专利技术CEC的力学拉伸曲线示意图；图6为本专利技术CEC的介电常数随频率变化的曲线示意图。图7为本专利技术CEC的介电损耗随频率变化的曲线示意图。具体实施方式本专利技术提供一种氰乙基纤维素的制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例提供的氰乙基纤维素的制备方法，具体包括以下步骤：（1）纤维素的碱化称取5g纤维素（摩尔取代度分别为M5，M15，M30），放入250ml三口瓶中，加入异丙醇与乙醇的混合液25g（异丙醇与乙醇溶液比例为3:7），再加入不同浓度的氢氧化钠溶液25g。室温下搅拌2h，溶解、碱化。（2）纤维素的氰乙基化：将混合物取出并用抽滤装置压榨，之后捏碎分散成小颗粒物。向三口烧瓶中加入丙烯腈和二氯甲烷的混合液，将湿料缓慢加入。加完后先在室温下搅拌5min，然后分阶段升温至50℃，反应两个小时，醚化结束后用相应量的乙酸终止反应。（3）沉析：将混合物缓慢倒入体积浓度为75%乙醇中进行沉析。然后用乙醇或去离子水洗涤三次，并在60℃下干燥。根据傅里叶红外光谱仪测试，波数范围为4000～400cm-1。采用溴化钾压片法进行红外分析。采用CuKa线，Ni滤波，λ=1.54056×10-10m，扫描范围2θ=6~70°）。利用元素分析仪对产物进行元素分析。根据测得的含氮量计算取代度，公式如下：通过阻抗分析仪（配套的安捷伦介电测试夹具）进行测试；将CEC薄膜做成0.3cm的小圆形，作为电介质材料，将银浆导电胶涂覆在两个表面，干燥后得到可直接在阻抗分析仪上进行性能测试的样品材料。在不同的频率下进行扫描分析测试，得到一系列电容数值，利用电容与介电常数的关系ε=（c*d）/(A*ε0)，其中c为薄膜材料的电容，d为薄膜材料的厚度，ε0为真空介电常数8.8538×10-12法拉/F，A为薄膜的面积，计算出介电常数数值。由原料及醚化后的氰乙基纤维素的红外谱图图1可知，氰乙基纤维素在2250cm-1处有一强的特征吸收带，这是由于-CN基团的伸缩振动引起的。而在3400-3500cm-1处-OH的伸缩振动引起的的强吸收带，在纤维素被醚化后，吸收带变宽强度减弱。在1200-1400cm-1处的C-H弯曲震动峰因受到-CN影响向低频方向移动，这些都说明部分-OH基团经氰乙基化后已成为-OCH2CH2CN基团。从图2可以看出，纤维素在2θ=14.8°、16.4°、22.6°和35°有四个衍射峰，峰形较为尖锐，其结晶度为80%。氰乙基纤维素在20°附近都有较大的衍射峰，且比较宽，属漫散射峰。说明氰乙基化反应对纤维素的结晶有较大破坏，产生微晶和无定形结构。CEC的合成经过碱化、醚化反应，在碱化过程中纤维素要发生膨胀，氢键被破坏，其结构内部横向的联结消弱，分子结构的定向性变差；同时醚化引入氰乙基后，分子间距变大，晶面间距变宽，破坏结晶区，结晶度降低，大分子呈现较大的无定形，X-ray衍射峰呈现大的漫散射峰。对照产物和原料纤维素的X-射线衍射图谱可知，2θ为22.6°处的纤维素特征峰明显缩小，表明CEC反应均进行得比较完全，纤维素晶型被破坏。由图3可知，CEC的取代度在反应初期随着反应时间的延长迅速增大，含氮量增加较快；但随着时间再增加到60min，反应速率逐渐缓慢，取代度增加幅度不是很大。继续增加反应时间，反应效果不明显并且副反应发生的可能性增大，所以反应时间控制在2小时比较适宜。在反应初期，随着时间的增加，纤维素和丙烯腈接触的机会加大，氰乙基不断地接到单元环上与纤维素发生反应，含氮量增加较快；一段时间后，单元环上被取代的羟基趋于饱和，未反应的羟基减少，所以时间增加取代度增幅却比较低。图4为CEC在氮气气氛下的热失重曲线和热失重微分曲线。通过查阅有关资料，可以知道在纯纤维素的热分析过程中，在310~350℃间，由于左旋葡萄聚糖的形成和挥发，纤维素会发生强的热裂解。由图可见，CEC的分解过程只有一个阶段，相应的在DTG图上只有一个峰，对应的分解温度为369℃。在热分解的过程中，当到达一定温度时，纤维素骨架结构被破坏，产物迅速发生热降解，在曲线上表现出质量的急剧下降。小分子侧链随纤维素骨架架构的破坏而断裂分解，在曲线上表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氰乙基纤维素的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤一、对纤维素进行碱化，称取纤维素，加入异丙醇与乙醇的混合液，再加入不同浓度的氢氧化钠溶液，并进行搅拌；步骤二、对纤维素进行氰乙基化，将步骤一的混合物进行抽滤压榨，加入丙烯腈和二氯甲烷的混合液，并进行搅拌，然后分阶段升温、反应，醚化结束后用相应量的乙酸终止反应；步骤三、将步骤二获得的混合物进行沉析，用乙醇或去离子水洗涤并干燥。

【技术特征摘要】
1.一种氰乙基纤维素的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤一、对纤维素进行碱化，称取纤维素，加入异丙醇与乙醇的混合液，再加入不同浓度的氢氧化钠溶液，并进行搅拌；步骤二、对纤维素进行氰乙基化，将步骤一的混合物进行抽滤压榨，加入丙烯腈和二氯甲烷的混合液，并进行搅拌，然后分阶段升温、反应，醚化结束后用相应量的乙酸终止反应；步骤三、将步骤二获得的混合物进行沉析，用乙醇或去离子水洗涤并干燥。2.如权利要求1所述的氰乙基纤维素的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的异丙醇与乙醇的混合液中异丙醇与乙醇溶液比例为3:7。3.如权利要求1或2所述的氰乙基纤维素的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟玲珑，
申请(专利权)人：深圳市佩成科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44