一种在离子液体中制备纤维素丁二酸酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种在离子液体中制备纤维素丁二酸酯的方法，该方法以ＮＢＳ为催化剂，具体包括下述步骤：首先将绝干纤维素加入离子液体中，在隔绝潮气并搅拌的条件下溶解纤维素得到纤维素离子液体溶液；向纤维素溶液中加入二甲亚砜以降低溶液粘度，并将预先溶于二甲亚砜中的改性剂丁二酸酐和催化剂ＮＢＳ加入纤维素溶液中进行纤维素改性；最后向改性后的纤维素离子液体溶液加入异丙醇进行纤维素的再生，滤取沉淀物，将沉淀物洗净后干燥得到纤维素衍生物。本发明专利技术采用的纤维素均相改性方法操作简便，时间短，效果好，纤维素取代度高。本发明专利技术对于纤维素新型工业材料和新型衍生物的制备具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维素领域，特别涉及。
技术介绍
作为自然界中最丰富的可再生资源，纤维素已经在纤维、造纸、薄膜、聚合物、涂料 等众多工业领域得到广泛应用，但是其应用潜力还没有完全被开发出来。近年来，随着石 油、煤炭等不可再生的化石资源总量的日趋减少，纤维素可再生资源的重要性日益显著。 特别是80年代以来，随着人们对环境污染问题日益关注和重视，许多国家特别是发达国家 已将纤维素等可再生资源的转化利用列为经济和社会发展的重大战略。从化学结构上看，纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过e-i，4糖苷键连接而成的线型高聚物，其分子中的每个葡萄糖单元上均含有3个游离醇羟基。这使纤维素分子间以及分 子内具有极强的氢键作用，在纤维素内部形成了高度有序的结晶区，使纤维素具有较高的 结晶度。纤维素内部大量的结晶结构以及分子间与分子内氢键，导致溶剂和反应试剂对纤 维素的可及度很低，这已成为制约纤维素资源转化利用的主要瓶颈。从确认纤维素分子结 构以来，众多研究人员一直致力于寻找和开发适宜的纤维素溶剂体系，特别是近年来，在 该方面取得了较大的进展。据报道，"f二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)、 AA^二甲基 甲酰胺/四氧二氮(DMF/N20》、A^甲基-,氧吗啉(NMNO)、 NaOH/尿素、二甲亚砜/四丁基氟化 铵(DMS0/TBAF)、熔盐水合物(如LiC104'3H20、 LiSCN , 2H20等)以及离子液体(如 Cl、 AmimCl等)均可以有效的溶解纤维素，为制备再生纤维素纤维和纤维素材料提 供了新途径，而且，这些溶剂还可以作为纤维素衍生化反应的介质，通过改性，可以制备 多种性能优良的新型纤维素衍生物，在废水处理、化学化工等工业领域具有广阔应用前景。 尤其是最近出现的新型绿色溶剂离子液体，其巨大的应用潜力已在整个科学界达成共识， 被誉为未来最具应用前景的绿色溶剂，在众多领域受到普遍重视，采用离子液体代替传统 的挥发性溶剂用于生产已经成为一种趋势。纤维素与丁二酸酑可以在碱性条件下如吡啶中发生化学反应，得到的纤维素丁二酸酯 主要为单酯化物，该衍生物因在纤维素大分子中引入新的功能基——羧基，亲水性大大增 强，可以作为吸附剂，在化学化工、材料、废水处理等工业具有重要的应用，而且可以作为中间体进一步反应制备新型材料和药物。然而，在离子液体中进行纤维素均相丁二酰化时，得到的纤维素丁二酸酯取代度较低，限制了纤维素的工业应用。因此，探讨一种离子液体中高取代度纤维素丁二酸酯的制备方法对于纤维素可再生资源的转化利用具有非常重要的理论和实践意义，对于纤维素新型工业材料和新型衍生物的制备具有积极的推动作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供，该方法以,溴丁二酰亚胺(NBS)为催化剂，当丁二酸酐在离子液体中进行纤维素改性时，采用该方法可显著提高纤维素的衍生化效率，得到具有较高取代度的纤维素丁二酸酯。本专利技术目的通过以下技术方案实现，具体包括下述步骤(1) 将纤维素千燥为绝干纤维素；(2) 以离子液体l-丁基-3-甲基氯化咪唑为溶剂，在85 130T下将绝干纤维素加入离子液体中，其中绝干纤维素与离子液体的质量百分比为0.2% 2.5%，在隔绝潮气的条件下溶解1 15h得到纤维素的离子液体溶液，溶解过程保持均匀搅拌；(3) 按照二甲亚砜与离子液体的体积质量比为1 5:10 ml/g,向纤维素的离子液体溶液中加入二甲亚砜以降低溶液粘度，混匀成纤维素溶液，再在一份相同体积的二甲亚砜中预先溶解固体丁二酸酐和催化剂W-溴丁二酰亚胺，将其加入到纤维素溶液中，在隔绝潮气的条件下对纤维素进行改性，改性过程中保持均匀搅拌，改性温度控制在85 130T，改性时间0.5 4h;(4) 改性完成后，向反应体系中加入异丙醇使纤维素再生，所加入的异丙醇的体积为步骤(2)得到的纤维素的离子液体溶液体积的1 5倍，然后过滤取沉淀物，用异丙醇将沉淀物洗涤后干燥即得到纤维素衍生物。步骤(1)中所述纤维素为从木材或农作物秸秆分离得到的纤维素。步骤G)中所述丁二酸酐与纤维素无水葡萄糖单元的摩尔比为2 8:1。步骤(3)中所述催化剂iV-溴丁二酰亚胺与丁二酸酐的质量比为0.5 20:100。步骤(1)和(4)中所述的干燥为在50 60T烘箱中保持空气循环干燥10 16h。步骤(4)中所述的洗涤次数为3 5次。本专利技术中纤维素再生是向纤维素溶液加入过量的异丙醇使溶解的纤维素再次沉淀出来。本专利技术与现有技术相比具有如下突出的优点及有益效果-1. 本专利技术采用的纤维素丁二酸酯的制备方法基于在离子液体中特定催化条件下改性绝干纤维素，改性后的纤维素在异丙醇中进行再生，经洗涤、干燥后得到的产物即为纤维素衍生物；2. 本专利技术采用的纤维素丁二酸酯的制备方法操作简便，改性时间短，效果好，纤维素取代度高；3. 本专利技术以纤维素为原料，对纤维素可再生资源的开发利用提供了技术支持。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1) 将蔗渣纤维素置于5CTC烘箱中保持空气循环干燥16h，得到绝干纤维素；(2) 以离子液体l-丁基-3-甲基氯化咪唑为溶剂，在85。C、绝干蔗渣纤维素与离子液体的质量百分比为0.2%的条件下将绝干蔗渣纤维素加入离子液体中，在隔绝潮气的条件下溶解1小时得到蔗渣纤维素的离子液体溶液，溶解过程保持均匀搅拌；(3) 在蔗渣纤维素的离子液体溶液按照lmL 二甲亚砜/10g离子液体的比例向纤维素的离子液体溶液中加入二甲亚砜，以降低溶液粘度，混匀成纤维素溶液，再在一份相同体积的二甲亚砜中预先溶解固体丁二酸酑(与纤维素无水葡萄糖单元的摩尔比为2:1)和NBS(与丁二酸酐的质量比为1:100)，将其加入到纤维素溶液中，在隔绝潮气的条件下对纤维素进行改性，改性过程中保持均匀搅拌，改性温度控制在85。C，改性时间0.5h;(4) 改性完成后，向反应体系中加入异丙醇使纤维素再生，所加入的异丙醇的体积相当于蔗渣纤维素的离子液体溶液体积的2倍，然后过滤取沉淀物，用异丙醇将沉淀物洗涤3次无色后，置于5(TC烘箱中保持空气循环干燥16h,即得到蔗渣纤维素衍生物。通过滴定法测定纤维素衍生物的取代度，所制得的纤维素取代度为1.33。实施例2(1) 将桉木纤维素置于6(TC烘箱中保持空气循环干燥12h，得到绝干桉木纤维素；(2) 以离子液体1-丁基-3-甲基氯化咪唑为溶剂，在IOOT、绝干桉木纤维素与离子液体的质量百分比为2%的条件下将绝干桉木纤维素加入离子液体中，在隔绝潮气的条件下溶解8小时得到桉木纤维素的离子液体溶液，溶解过程保持均匀搅拌；(3) 在桉木纤维素的离子液体溶液按照4mL 二甲亚砜/10g离子液体的比例向纤维素5的离子液体溶液中加入二甲亚砜，以降低溶液粘度，混匀成纤维素溶液，再在一份相同体积的二甲亚砜中预先溶解固体丁二酸酐(与纤维素无水葡萄糖单元的摩尔比为4:1)和NBS(与丁二酸酐的质量比为10:100)，将其加入到纤维素溶液中，在隔绝潮气的条件下对纤维素进行改性，改性过程中保持均匀搅拌，改性温度控制在100T，改性时间lh;(4)改性完成后，向反应体系中加入异丙醇使纤维素再生，所加入的异丙醇的体积相当于桉木纤维素的离子液体溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在离子液体中制备纤维素丁二酸酯的方法，其特征在于具体包括下述步骤：　（１）将纤维素干燥为绝干纤维素；　（２）以离子液体１－丁基－３－甲基氯化咪唑为溶剂，在８５～１３０℃下将绝干纤维素加入离子液体中，其中绝干纤维素与离子液体的 质量百分比为０．２％～２．５％，在隔绝潮气的条件下溶解１～１５ｈ得到纤维素的离子液体溶液，溶解过程保持均匀搅拌；　（３）按照二甲亚砜与离子液体的体积质量比为１～５∶１０ｍｌ／ｇ，向纤维素的离子液体溶液中加入二甲亚砜以降低溶液粘度，混匀 成纤维素溶液；再在一份相同体积的二甲亚砜中预先溶解固体丁二酸酐和催化剂Ｎ－溴丁二酰亚胺，将其加入到纤维素溶液中，在隔绝潮气的条件下对纤维素进行改性，改性过程中保持均匀搅拌，改性温度控制在８５～１３０℃，改性时间０．５～４ｈ；　（４）改 性完成后，向反应体系中加入异丙醇使纤维素再生，所加入的异丙醇的体积为步骤（２）得到的纤维素的离子液体溶液体积的１～５倍，然后过滤取沉淀物，用异丙醇将沉淀物洗涤后干燥即得到纤维素衍生物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘传富，张爱萍，孙润仓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]