[发明专利]利用超声波制备生物质多元醇的方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物质多元醇的制备方法，特别涉及一种利用超声波制备生物质多元醇的方法与应用。

背景技术

聚氨酯材料是最重要的高分子材料之一，广泛应用于国防工业和国民经济各个领域。合成聚氨酯材料所需要的多元醇和异氰酸酯一般来自于石油化工产品，随着化石资源的日益枯竭以及产品废弃后所带来的环境污染问题日益严重，以可再生资源代替化石资源制备高分子材料越来越受到世界各国的重视。由于植物原料(植物生物质)是取之不尽、用之不竭的绿色资源，且其储量大，来源丰富，通过对植物生物质的利用可以有效地缓解人们对化石资源的依赖。

植物生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，通过液化的方法可以将固态的植物生物质转变为含有大量羟基的液态的聚醚多元醇或聚酯多元醇，可以取代石化多元醇用于制备聚氨酯材料。与发达国家相比，我国在植物生物质的液化方面的研究起步较晚，戈进杰等人(Mokuzai Gakkaishi，1996，42(11)：1105～1112)报道了以单宁树皮为原料制备多元醇的方法，此后有学者在中国专利或专利申请，如CN101260186A、CN101205287B、CN101186560B和CN1271106C等分别报道了利用竹粉、玉米秸秆和甘蔗渣制备植物多元醇的方法。谌凡更等人在中国专利申请CN101885825A和CN101928373A中提出了先对植物生物质进行组分拆分，同时除去植物生物质中的半纤维素，然后再进行液化反应。上述文献所述的液化反应的条件一般是在120～190℃下反应两小时左右。

已有的研究的不足之处主要在于：(1)液化反应所需要的时间较长：植物生物质中的纤维素分子内存在大量三维有序的结晶结构，分子间和分子内存在强烈的氢键，因此植物生物质内的纤维素成分很难被液化，一般需要较长的反应时间或较高的催化剂用量才能使纤维素完全液化；但是，在较长的反应时间下或较高的催化剂用量下，已经溶解于溶剂中的木质素和半纤维素分解物容易再次缩合成不能溶解的缩合物；(2)需要额外的加热设备：一般的液化反应需要用油浴或其它加热设备将液化混合物加热到150～180℃；(3)操作麻烦，譬如CN101186560B中玉米秸秆要分多次加入；(4)最重要的是，液化反应有时不够彻底，从而造成产率低，CN101186560B中产率最高时(实施例6)仅得到含有46.6％玉米秸秆降解产物的多元醇。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用超声波制备生物质多元醇的方法。该方法操作简单，液化速率快，且液化程度更彻底。

本发明的另一目的在于提供所述利用超声波制备生物质多元醇的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用超声波制备生物质多元醇的方法，包括以下步骤：将100质量份有机溶剂、1～6质量份催化剂和15～40质量份植物原料混匀，然后在功率为650～2500W、频率为15～30kHz的超声波的作用下反应10～60min，得到生物质多元醇；

所述的有机溶剂为醇类或酚类，优选为乙二醇、聚乙二醇、丙三醇或苯酚中的至少一种；

所述的聚乙二醇的分子量优选为200～400；

所述的催化剂为酸性催化剂，优选为盐酸、硫酸、磷酸或磺酸中的至少一种；

所述的催化剂的用量更优选为3～6质量份；

所述的磺酸优选为苯磺酸、甲磺酸、1，5-萘二磺酸、1-萘磺酸或对甲苯磺酸中的至少一种；

所述的植物原料包括木材、竹子或农作物秸秆等的一种或至少两种组成的混合物；

所述的植物原料的粒径为20～120目，更优选为40～100目；

所述的功率优选为650～1500W；

所述的频率优选为20kHz；

所述利用超声波制备生物质多元醇的方法在生产多元醇中的应用，是将植物生物质快速液化，植物物质降解，从而得到多元醇。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所述的方法液化速率快：超声波的空化效应能破坏植物组织的细胞壁，从而使植物原料中纤维素成分的结晶度降低，同时还能使植物原料的纤维结构变得更加疏松，有利于有机溶剂和催化剂的渗透，提高有机溶剂的可及度，利于液化反应的进行，如在实施例1中仅超声反应10min，木粉在乙二醇中的残渣率就在10％以下，而颜永斌等人(玉米秸秆的催化热化学液化研究，林产化学与工业，2008，28(05)：70～76)的研究表明玉米秸秆在乙二醇中反应180min后，其残渣率才为8.1％。