一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂及其制备方法与应用。本发明专利技术通过对油茶果壳中高占比的半纤维素进行高效提取，并采用羧甲基化和环氧树脂双改性的方式，得到一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂，从而实现了对农林废弃物资源油茶果壳的高值化利用。该乳化剂具有生物相容性强、绿色环保、成本低廉、制备工艺简单、较高的乳化性能等优点。此外，该乳化剂还具有良好的亲水

A hemicellulose based non-ionic emulsifier from Camellia oleifera shell and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于林业废弃物资源利用和生物质精炼领域，涉及一种油茶果壳高值化利用的方法，具体涉及一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]油茶是山茶科植物中最常见和最大的属，作为茶树油的来源，它是一种亚热带常绿灌木，在许多国家作为油料作物被广泛种植，包括中国、巴西、印度和韩国等。在分离油茶籽的过程中，油茶果实会产生大量的废壳。油茶果壳通常被丢弃或作为生物废物焚烧以达到快速处理的目的，但油茶果壳中含有的皂苷可能导致水发泡和毒性会对空气、水和生态构成威胁。此外，也有少数油茶果壳作为工业资源利用但方法单一，如高温热解制备活性炭和生物油或提取黄酮和茶皂素等。因此，充分利用这种生物固体废弃物对提高其经济价值和环境保护具有重要意义。然而，目前报道的油茶果壳的潜在应用并不能有效地对这些高度丰富的资源进行全面、大规模的利用。目前，已经发现油茶果壳含有大量半纤维素。然而，作为油茶果壳中最丰富的组分，它的应用还没有得到足够的重视。因此，为了实现油茶果壳高值化利用，充分利用其半纤维素是极其重要的。半纤维素作为植物木质化组织次生细胞壁中一种含量非常丰富的多糖，由于其无毒、生物相容性、生物降解性和可再生性，在各个领域得到了广泛的应用。此外，半纤维素分子链上含有丰富的羟基基团，这使得其在作为乳化剂、分散剂、表面活性剂、粘合剂和涂层等精细化学品方面展现出巨大的潜力。环氧树脂是一类具有良好的附着力、电气绝缘性、化学稳定性的热固型高分子材料，常作为涂料、胶粘剂以及复合材料等的树脂基体，应用的领域非常广泛。由于极性相似原理，只有机溶剂才能溶解环氧树脂分子。然而有机溶剂的强挥发性对生态环境和人类健康造成了严重的威胁。通过化学衍生化的方法赋予半纤维素分子链更加优异的两亲性能，从而得到一种半纤维素基非离子型乳化剂，实现对油茶果壳的高值化利用，并有望为绿色环保型的水性环氧树脂提供一种潜在的研发途径。综上，提倡开发一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂。

技术实现思路

[0003]为充分挖掘油茶果壳作为农林废弃物的高附加值，克服已有油茶果壳利用方法单一的问题，本专利技术的首要目的在于提供一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法。
[0004]本专利技术提供的油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，是将经过一定预处理的油茶果壳原料进行较高浓度的碱液抽提；将固液分离之后的滤液与醇类有机溶剂进行混合，得到沉淀，分离沉淀即可得到油茶果壳半纤维素组分；将碱抽提的油茶果壳半纤维素进行羧甲基化改性，获得羧基化油茶果壳半纤维素；然后将羧甲基化油茶果壳半纤维素与环氧树脂混合搅拌发生开环反应，即采用环氧树脂对羧甲基半纤维素进行环氧化改性；最后经过机械均质后制得油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂。本专利技术通过对油茶果壳中
高占比的半纤维素资源化利用，从而实现对油茶果壳的高值化利用。
[0005]为实现对油茶果壳半纤维素的高效提取、制备与应用，同时为了寻找兼具良好生物相容性和制备成本低廉的天然高分子乳化剂，本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂，该乳化剂可以作为一种具有较高乳化活性和乳化稳定性的非离子型乳化剂，具有绿色环保、成本低廉、制备工艺简单、制备条件温和、较高的乳化性能等优点。同时，本专利技术有望为绿色环保型的水性环氧树脂提供一种潜在的研发途径。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂在水性环氧树脂中的应用。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将预处理的油茶果壳原料进行碱液抽提，过滤取滤液，将滤液的pH调至5.0～8.0，与醇类有机溶剂混合，取沉淀，得到油茶果壳半纤维素；
[0010](2)将油茶果壳半纤维素进行羧甲基化改性，得到羧甲基半纤维素；
[0011](3)将羧甲基半纤维素溶于溶剂后环氧树脂混合，在催化剂作用下进行开环反应，均质处理，得到油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂。
[0012]优选地，步骤(1)所述预处理的油茶果壳原料由以下方法获得：油茶果壳原料干燥，粉碎，有机溶剂抽提，漂白。
[0013]更优选地，所述干燥包括晒干、气干或高温干燥；所述粉碎为通过机械剪切或破碎的方法将大颗粒原料粉碎至40～60目。
[0014]更优选地，所述有机溶剂抽提所用的有机溶剂为体积比1：1～5：1的苯醇混合溶剂，所述醇为乙醇和丙醇中的至少一种；所述油茶果壳原料与有机溶剂的质量体积比为1g：20ml～1g：50ml；抽提温度为250～380℃，时间为6～12h。
[0015]更优选地，所述漂白为采用漂白试剂对有机溶剂抽提所得的脱蜡纤维原料进行脱木素处理，其中脱蜡纤维原料的绝干质量与漂白试剂溶液的体积之比为1g：15mL～1g：30mL，漂白试剂溶液浓度为2～5wt％，反应搅拌转速为200～500rpm，反应时间为1.5～3h，反应温度为50～80℃，所述漂白试剂为常规漂白试剂，最优选为亚氯酸钠。
[0016]优选地，步骤(1)所述碱液为氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的至少一种；所述碱液的浓度为2～12wt％。
[0017]优选地，步骤(1)所述预处理的油茶果壳原料的绝干质量和碱液体积比为1g：10mL～1g：25mL。
[0018]优选地，步骤(1)所述碱液抽提的温度为40～90℃，时间为2～4h；搅拌转速为200～500rpm。
[0019]优选地，步骤(1)所述碱液抽提根据实际需要，为单次较高浓度的碱抽提、碱浓不断提高的碱分级抽提中的一种。
[0020]优选地，步骤(1)所述将滤液的pH调至5.0～8.0所用的pH试剂为有机碱和/或有机酸，具体为三乙胺、液氨、冰醋酸和戊二酸中的至少一种。
[0021]优选地，步骤(1)中pH调至5.0～8.0的滤液与醇类有机溶剂的体积比为1：1～1：5；所述醇类有机溶剂为乙醇、丙醇和丁二醇中的至少一种。
[0022]优选地，步骤(1)滤液与醇类有机溶剂混合后还需静置6h以上。
[0023]优选地，步骤(2)所述羧甲基化改性所用的羧甲基化试剂为一氯乙酸；油茶果壳半纤维素和羧甲基化试剂的摩尔比为1：1.5～1：3.5。
[0024]优选地，步骤(2)所述羧甲基化改性的温度为70～80℃，反应时间为3～5h；反应搅拌转速为200～500rpm。
[0025]优选地，步骤(2)所述羧甲基半纤维素取代度为0.3～0.5。
[0026]本专利技术中碱液提取的油茶果壳半纤维素具有较低支链化程度。
[0027]优选地，步骤(3)所述溶剂为体积比1：1～3：1的二甲基亚砜与水混合溶剂；所述羧甲基半纤维素与溶剂的质量比为1：1～1：3。
[0028]优选地，步骤(3)所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E
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31、双酚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将预处理的油茶果壳原料进行碱液抽提，过滤取滤液，将滤液的pH调至5.0～8.0，与醇类有机溶剂混合，取沉淀，得到油茶果壳半纤维素；(2)将油茶果壳半纤维素进行羧甲基化改性，得到羧甲基半纤维素；(3)将羧甲基半纤维素溶于溶剂后环氧树脂混合，在催化剂作用下进行开环反应，均质处理，得到油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂。2.根据权利要求1所述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述羧甲基化改性所用的羧甲基化试剂为一氯乙酸；油茶果壳半纤维素和羧甲基化试剂的摩尔比为1：1.5～1：3.5。3.根据权利要求1所述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E
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31、双酚A型环氧树脂E
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44和双酚A型环氧树脂E
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51中的至少一种；所述羧甲基半纤维素与环氧树脂质量比为3：1～5：1。4.根据权利要求1所述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述羧甲基化改性的温度为70～80℃，反应时间为3～5h；步骤(3)所述开环反应的温度为150～180℃，时间为4～6h。5.根据权利要求1所述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碱液为氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的至少一种；所述碱液的浓度为2～12wt％；步骤(1)所述预处理的油茶果壳原料的绝干质量和碱液体积比为1g：10mL～1g：25mL；步骤(1)所述碱液抽提的温度为40～90℃，时间为2～4h。6.根据权利要求1所述一种油茶果壳半纤维素基非离子型乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述催化剂为路易斯酸催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：项舟洋，唐宁，叶航，王宇晗，马锦林，
申请(专利权)人：广西壮族自治区林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：