[发明专利]一种使半纤维素酰化改性的方法及改性半纤维素

说明书

技术领域

本发明涉及一种多糖类化合物的化学改性方法及其改性多糖类化合物，特别涉及一种半纤维素酰化改性的方法及其酰化改性半纤维素。

背景技术

秸秆(麦草、玉米秆、稻草或高粱秆)细胞壁中主要组分是纤维素、半纤维素和木素，三者的含量占生物质总量的90％以上。半纤维素是植物细胞壁多糖，与纤维素密切相关，其含量仅次于纤维素。在我国，秸秆一直作为造纸的原料，人们对纤维素和木素进行大量研究，而忽视了其中28％～33％半纤维素的研究，造成这种疏忽的原因是因为传统碱法制浆中，半纤维素被降解和氧化为甲酸、乙酸、乳酸等物质而无法利用。

半纤维素是由几种单糖组成的有分枝的聚合物，半纤维素的溶解性存在显著的差异，比如，能溶解于碱溶液，除了溶于二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺等少数几种有机溶剂之外，几乎不溶于其他任何有机溶剂中。另外，半纤维素是一种与纤维素、淀粉不同类型、不同性质的多糖，由于其化学结构和分子结构的不同，如分枝性、无定形态、不同的单糖(异多糖)组成、以及含有不同的功能基(如羟基，乙酰基、羧基、甲氧基等)等影响了半纤维素在工业上的应用。然而，这些缺点可以通过羟基的醚化、酯化及交联作用来改进。因此，半纤维素改性及新型半纤维素聚合物的特性成为半纤维素研究的重要组成部分。对半纤维素有目的转化利用，可获得对现代社会和经济生活中有重要意义的新材料、化工原料、高热值燃料、功能食品和药物，以补充化石类不可再生资源的缺口，很多国家特别是发达国家已将此列为经济和社会发展的重大战略。

传统的半纤维素酰化改性在异相体系中进行，而且未对半纤维素进行预活化处理，因而改性反应产率低、成本高，限制了其工业应用。而在均相体系中对半纤维素进行改性反应，可以获得产率高，半纤维素主链的解聚少的改性半纤维素，而且反应速度可提高8～10倍，降低了生产成本。

另外，现有的半纤维素酰化改性方法通常采用传统的电加热方法加热固体物料，通过传导、对流的方式使固体物料受热，即必须使之处于一个加热的环境中，先加热物体表面，然后热量由表面传到内部获得热平衡，这需要很长时间。加热环境一般很难达到绝对封闭，因此，加热时就会向周围环境辐射热量，加热时间越长，向周围环境辐射的热量就越多，导致加热效率低，并影响周围环境。

公开号为CN1424332的中国专利公开了一种新型均相化学改性秸秆半纤维素的方法，该方法首先从秸秆中提取半纤维素，经蒸馏水活化处理，然后在均相介质N，N-二甲基甲酰胺/氯化锂体系中，以二甲胺基吡啶为催化和三乙胺为去酸剂，加入3倍于半纤维素组成中木糖羟基摩尔的酰氯反应，将反应混合物倒入乙醇中，过滤，洗涤，烘干后即可。该发明方法采用传统的直接加热方式对反应物进行加热，加热时间长，需要加入去酸剂和大量的酰基氯试剂，化学反应时间长。并且化学试剂的使用量增大，对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种微波辐射化学改性秸杆半纤维素的方法。在半纤维素中加入酰化试剂，在微波辐射的条件下制备成半纤维素酯。本发明制得的半纤维素酯疏水性大为提高，可用于生产可生物降解的食品包装膜，以取代石化类塑料产品。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种使半纤维素酰化改性方法，该方法是在微波辐射作用下，使半纤维素进行酰化反应。

其中，所述微波辐射控制的反应温度为60-90℃，优选为70-80℃；辐射时间为2-10分钟，优选为3-5分钟；所述的半纤维素的酰化反应为半纤维素与酰基氯试剂的反应。

其中，所述半纤维素在进行所述酰化反应前经过预活化处理。预活化处理过程包括：将所述半纤维素加入蒸馏水中，加热使其完全溶解于水中，接着向半纤维素水溶液中加入有机溶剂，然后减压蒸馏脱除水分。

特别是，向半纤维素水溶液中加入的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。控制半纤维素溶解于蒸馏水时的加热温度为70-85℃，优选为78℃；减压蒸馏脱水时的温度控制为40-60℃，真空度控制为0.05-0.1Mpa；减压蒸馏脱除蒸馏水，使半纤维素、蒸馏水和N，N-二甲基甲酰胺的混合物为胶状物，并且使蒸馏水占混合物总重量的10％以下。

此外，还包括：乙醇沉淀酰化反应后的半纤维素，接着采用乙醇和丙酮洗涤酰化的半纤维素，除去杂质，最后对洗涤除杂后的酰化半纤维素进行干燥。

其中，采用95％的乙醇沉淀酰化后的半纤维素；所述的干燥为将洗涤除杂后的酰化半纤维素在空气中干燥12-24h，然后于40-60℃的烘箱中干燥12-24h。