一种纳米木聚糖基接枝共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米木聚糖基接枝共聚物及其制备方法和应用，属于木材防腐技术领域。本发明专利技术先以木聚糖为原料制备纳米木聚糖，同时结合纳米木聚糖本身所具备的空间结构，通过ATRP“从主链接枝法”将季铵盐单体接枝到纳米木聚糖上制备纳米木聚糖基接枝共聚物，即通过化学修饰改性将具有良好杀菌性能的季铵基接枝到纳米木聚糖主链上的羟基，赋予纳米木聚糖更广泛的应用领域，所制备的纳米木聚糖季铵基接枝共聚物具备强力的杀菌性能和防腐性能，可以作为天然生物防腐剂对木材进行防腐处理，将对有效地利用天然再生资源、减少环境污染具有重要意义，并为工业化利用农林废弃物等植物资源开创新思路，具有显著的社会经济效益。

A kind of nano xylan based graft copolymer and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种纳米木聚糖基接枝共聚物及其制备方法和应用
本专利技术涉及木材防腐
，尤其涉及一种纳米木聚糖基接枝共聚物及其制备方法和应用。
技术介绍
木聚糖取自自然界植物等生物质，可以从玉米芯、麸皮、甘蔗渣、玉米秸秆、花生壳、棉籽壳等农林废弃物中提取得到。木聚糖具有一定的防腐作用，是一种天然生物防腐剂，是自然界中的一种丰富的再生资源，主要存在于自然界植物细胞的半纤维素中，占植物细胞干重的35％，是由木糖经β-1,4糖苷键连接而成的高分子物质。木聚糖本身具有抑菌性强、绿色无毒等特点，它有着传统木材防腐剂无可比拟的优势，原料范围广、无毒无害，并可自然降解，不会对人体及环境产生不利影响。然而，目前木聚糖主要应用在制药、污水处理、造纸助剂、热塑性材料和食品添加剂等领域，在木质材料防腐方面没有得到广泛的应用。木聚糖与目前世界上使用最为广泛的木材防腐剂加铬砷酸铜防腐剂(CCA)和氨溶性季铵铜(ACQ)相比较来说，防腐防霉效果不是特别明显，稳定性比较差，不具备强力的杀菌性能和防腐性能，达不到新型生物质木材防腐剂的实际生产条件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米木聚糖基接枝共聚物及其制备方法和应用，所制备的纳米木聚糖基接枝共聚物具有优异的木材杀菌和防腐性能，且稳定性强。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种纳米木聚糖基接枝共聚物的制备方法，包括以下步骤：将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖；将所述纳米木聚糖和第一部分第一引发剂混合，进行第一酯化反应，得到中间体；将所述中间体与分散剂和催化剂混合，向所得混合物料中加入第二部分第一引发剂，进行第二酯化反应，得到纳米木聚糖基ATRP引发剂分子；将所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体、有机溶剂和金属催化剂混合，进行接枝反应，得到纳米木聚糖基接枝共聚物。优选的，所述第一引发剂为2-溴-2-甲基丙酰溴或2-溴代异丁酰溴；所述纳米木聚糖与第一部分第一引发剂的用量比为(1～2)g：(2～4)mL；所述第一酯化反应的温度为20～40℃，时间为16～24h。优选的，所述催化剂为4-二甲氨基吡啶，所述中间体与催化剂的质量比为1.0:(1.5～4.5)。优选的，所述中间体与第二部分第一引发剂的用量比为1g：(1.2～3.6)mL；所述第二酯化反应的温度为室温，时间为24h。优选的，所述第二引发剂为2-溴代异丁酸乙酯；所述配体为N,N,N,N,N-五甲基二亚乙基三胺、二甲基甲酰胺或1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺。优选的，所述季铵盐单体包括二甲基二烯丙基氯化铵、四烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或烯丙基三甲基氯化铵；所述金属催化剂包括铜盐、钼盐、铬盐、铼盐、钌盐、铁盐、铑盐、镍盐或钯盐。优选的，所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体和金属催化剂的用量比为(10～20)mg：(6～18)μL：(10～20)μL：(30～60)mL：(5.0～12)mg。优选的，所述接枝反应的温度为60～90℃，时间为3～5h。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的纳米木聚糖基接枝共聚物。本专利技术提供了上述技术方案所述纳米木聚糖基接枝共聚物在木材防腐领域中的应用。本专利技术提供了一种纳米木聚糖基接枝共聚物的制备方法，包括以下步骤：将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖；将所述纳米木聚糖和第一部分第一引发剂混合，进行第一酯化反应，得到中间体；将所述中间体与分散剂和催化剂混合，向所得混合物料中加入第二部分第一引发剂，进行第二酯化反应，得到纳米木聚糖基ATRP引发剂分子；将所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体、有机溶剂和金属催化剂混合，进行接枝反应，得到纳米木聚糖基接枝共聚物。本专利技术以实现农林废弃物中的木聚糖高值化利用为出发点，先以木聚糖为原料制备纳米木聚糖，然后结合纳米木聚糖本身所具备的空间结构，通过ATRP“从主链接枝法”将季铵盐单体接枝到纳米木聚糖上制备纳米木聚糖基接枝共聚物，能够实现均相和非均相体系下对木聚糖基接枝共聚物的结构调控(可以将一种季铵盐单体接枝到纳米木聚糖上，也可以将两种季铵盐单体同时接枝到纳米木聚糖上，形成多支化纳米木聚基接枝共聚物)，成功制备了具有纳米木聚糖基的原位增强复合物，即通过化学修饰改性将具有良好杀菌性能的季铵基接枝到纳米木聚糖主链上的羟基，制备的纳米木聚糖基接枝共聚物防腐防霉效果好；而且季铵盐单体一般在常温下十分稳定，不易水解，通过聚合反应将季铵盐单体接枝到纳米木聚糖上，修饰改性后的纳米木聚糖稳定性好。本专利技术先在纳米木聚糖骨架上引入引发点，然后将可聚合性功能性季铵盐单体通过引发点聚合形成聚合物侧链，在纳米木聚糖的羟基上引入永久带正电荷的季铵盐基团，实现纳米木聚糖的增强增韧，可以显著提高纳米木聚糖基接枝共聚物的正电荷密度，增强纳米木聚糖基接枝共聚物的抑菌性，使纳米木聚糖基接枝共聚物具备强力的杀菌性能和防腐性能。本专利技术制备的纳米木聚糖基接枝共聚物能够赋予纳米木聚糖更广泛的应用领域，所制备的纳米木聚糖季铵基接枝共聚物可以作为天然生物防腐剂对木材进行防腐处理，将对有效地利用天然再生资源、减少环境污染具有重要意义，并为工业化利用农林废弃物等植物资源开创新思路，具有显著的社会经济效益。附图说明图1为应用例中木材被彩绒革盖菌侵蚀后在不同倍率下的SEM照片；图2为采用质量分数为5％的纳米木聚糖处理后木材试样在不同倍率下的SEM照片；图3为采用质量分数为5％的纳米木聚糖季铵基接枝共聚物处理后木材试样在不同倍率下的SEM照片。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米木聚糖基接枝共聚物的制备方法，包括以下步骤：将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖；将所述纳米木聚糖和第一部分第一引发剂混合，进行第一酯化反应，得到中间体；将所述中间体与分散剂和催化剂混合，向所得混合物料中加入第二部分第一引发剂，进行第二酯化反应，得到纳米木聚糖基ATRP引发剂分子；将所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体、有机溶剂和金属催化剂混合，进行接枝反应，得到纳米木聚糖基接枝共聚物。在本专利技术中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖。本专利技术对所述木聚糖没有特殊的限定，采用本领域熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述碱液优选包括氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，所述碱液的质量浓度优选为5～15％，更优选为8～12％。本专利技术对所述碱液与木聚糖的用量比没有特殊的限定，能够将木聚糖完全溶解即可。在本专利技术中，所述木聚糖和碱液混合的温度优选为50～70℃，更优选为60℃，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米木聚糖基接枝共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖；/n将所述纳米木聚糖和第一部分第一引发剂混合，进行第一酯化反应，得到中间体；/n将所述中间体与分散剂和催化剂混合，向所得混合物料中加入第二部分第一引发剂，进行第二酯化反应，得到纳米木聚糖基ATRP引发剂分子；/n将所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体、有机溶剂和金属催化剂混合，进行接枝反应，得到纳米木聚糖基接枝共聚物。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米木聚糖基接枝共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将木聚糖和碱液混合，将所得混合液与乙醇混合，沉淀后，得到纳米木聚糖；
将所述纳米木聚糖和第一部分第一引发剂混合，进行第一酯化反应，得到中间体；
将所述中间体与分散剂和催化剂混合，向所得混合物料中加入第二部分第一引发剂，进行第二酯化反应，得到纳米木聚糖基ATRP引发剂分子；
将所述纳米木聚糖基ATRP引发剂分子、第二引发剂、配体、季铵盐单体、有机溶剂和金属催化剂混合，进行接枝反应，得到纳米木聚糖基接枝共聚物。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一引发剂为2-溴-2-甲基丙酰溴或2-溴代异丁酰溴；所述纳米木聚糖与第一部分第一引发剂的用量比为(1～2)g：(2～4)mL；
所述第一酯化反应的温度为20～40℃，时间为16～24h。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为4-二甲氨基吡啶，所述中间体与催化剂的质量比为1.0:(1.5～4.5)。


4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述中间体与第二部分第一引发剂的用量比为1g：(1.2～3.6)mL；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞久寅，姜贵全，程泽琦，刘思佳，沈浩，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22