[发明专利]一种利用纤维素生产纤维素接枝聚乳酸共聚物的方法

说明书

本发明提供一种利用纤维素为原料制备纤维素接枝聚乳酸共聚物的方法，该方法包括以下步骤：(1)以纤维素为原料；(2)将纤维素、有机碱与有机溶剂混合；3)往混合体系中充入一定压力的CO2，反应一定时间，得到具有纤维素基CO2可逆聚离子化合物的溶液；(4)在纤维素溶液中加入丙交酯试剂，在惰性气体氛围下20℃‑100℃应5‑48小时，得到反应混合液；(5)向反应混合液中加入C1‑C3的低级脂肪醇，过滤含有低级脂肪醇的反应混合液；(6)将过滤得到的固体混合物提纯后，得到纤维素接枝聚乳酸共聚物。本发明具有工艺简单，溶剂成本低，操作方便，无污染的优点。

技术领域

本发明涉及纤维素的利用，特别是一种利用纤维素为原料制备纤维素接枝聚乳酸共聚物的方法；属于生物质利用领域。

背景技术

以植物为原料的生物塑料作为有助于缓解石油资源紧张及防止地球变暖的新材料而备受关注。纤维素作为自然界中最丰富的生物可再生资源，具有廉价、生物降解性、纤维表面改性容易、机械性能好、低密度、可再生等特点，充分利用纤维素资源对全人类社会的可持续发展具有重要的意义(An克ewandte Chemie International Edition，2005，44(22)，3358–3393)。

聚乳酸是一个真正的生物高聚物，它通常是从农产品中衍生得到的并且它的单体能够通过微生物发酵得到。聚乳酸是完全无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，可生物降解的材料，不会污染环境，可塑性好，易加工成型，最终降解成的基本成分为二氧化碳和水。由于聚乳酸是一类低毒的生物可降解材料，在体内表现出良好的生物相容性和生物可降解性，因此丙交酯及其聚合物作为生物医学材料已经被人们广泛关注，如可降解缝合线、药物输送系统和临时支架组织等。但是，聚乳酸存在玻璃化转变温度低，成本高等缺点(Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2010,9(5),552-571)。

接枝共聚合将是一种改善纤维素材料性能的最有前途和有效的方法，它是在一个分子结构水平上将两种性质不同的聚合物材料接枝在一起，形成具有特殊性能的共聚物，因此，扩大了聚合物的应用领域。其中在纤维素上接枝可生物降解脂肪族聚酯吸引了相当大的研究兴趣，开环聚合反应是合成脂肪族聚酯的一种有效的方法。这些可能会更容易控制一般材料的属性,包括材料的生物可降解性(Materials 2013,6(3),738-781)。

接枝共聚合反应是一种有效的纤维素改性方式(Chem.Soc.Rev.,2009,38,2046–2064)。但是长期以来，由于纤维素本身高分子量、高结晶度、刚性的主链结构及不溶性，使得其化学改性受到了限制由于缺乏有效的纤维素溶剂，人们重点研究的都是纤维素的非均相接枝。由于非均相反应都是在纤维素纤维的表面进行，因此该反应方式只能起到纤维素表面改性的作用，并不能从本质上改善纤维素的加工性。随着纤维素新溶剂的发现，纤维素均相改性引起了广泛的关注，特别是离子液体中纤维素的改性(Chem.Soc.Rev.,2012,41,1519-1537)。如张军等报道以离子液体为溶剂，以有机碱为催化剂合成了聚乳酸接枝的纤维素热塑性材料(Biomacromolecules,2009,10(8),pp2013–2018)，可以直接利用聚乳酸接枝的纤维素材料为原料通过熔融加工制备新的生物可降解纤维与膜材料。最近，中国专利201210005546.7保护了一种以纤维素酯为原料，以离子液体为溶剂，的纤维素酯接枝聚乳酸材料的方法。中国专利CN102329422A报道了针对壳聚糖上接枝聚乳酸的技术。而传统咪唑盐离子液体价格昂贵，回收、纯化、循环利用成本高，大大了限制了该过程的经济性能。