[发明专利]开链改性的纤维素浆及其制造和使用方法

说明书

本公开一般性涉及开链改性的纤维素浆和用于制造及使用所述纤维素浆的方法。更具体而言，本文中描述的开链改性的纤维素浆可通过纤维素浆的氧化及随后对被氧化基团的还原而制得，得到具有改进的开链构型的改性浆，这种改性浆能够更有效地转化为纤维素衍生产物。本公开还涉及由所述纤维素浆制得的改进的纤维素衍生产物，例如，纤维素酯、纤维素醚和再生的纤维素产物。

技术领域

本公开一般涉及新型纤维素浆，所述纤维素浆能够被改性以打开纤维素浆的聚合物链上的葡萄糖环，从而提高纤维素浆上的官能团对于化学衍生化的可及性。本公开的开链改性的纤维素可用于制造纤维素衍生产物，例如，纤维素酯、纤维素醚和再生的纤维素产物。

背景技术

纤维素浆可以通过化学或机械方式从植物基材料、例如木材或棉花中分离出纤维素纤维而制备。当纤维素浆源自木材时，其由三种主要成分构成：纤维素、半纤维素和木质素。纤维素是由重复的β-D-1,4-葡糖酐单体构成的直链的、非支化聚合物，如下面的结构1中所示。

构成纤维素链的葡糖酐单体的碳原子通常被标记为C1至C6，如下面的结构2中所示，邻近的葡糖酐单体由一个葡萄糖单体的C1碳与下一个葡萄糖单体的C4碳之间的键合连接。

纤维素衍生产物，例如纤维素酯、纤维素醚和再生的纤维素产物是通过如下工艺得到的：使纤维素经历化学反应从而用除羟基之外的取代基来取代葡糖酐单体上的官能团(例如羟基)。传统上，这种纤维素衍生产物已经由基于木材或棉花的高α纤维素浆制得，这种纤维素浆具有的半纤维素和木质素的含量较低或几乎没有。

纤维素浆转化为纤维素衍生产物的限制因素之一是化学品对于纤维素链上的官能团(例如羟基)的可及性(accessibility)，该有限的可及性可能降低了反应的反应性和/或总体转化效率。该有限的可及性至少部分地是由于与β-D-1,4-葡糖酐单体的C2和C3碳上的仲醇羟基有关的结合而导致的纤维素纤维的高度结晶的结构性质所造成的。例如，C2碳的羟基可与相邻的纤维素链的羟基形成氢键，或者C3碳的羟基可与位于相邻链的C1和C5碳之间的环内氧成键。这种结合在纤维素浆的各个链之间形成了坚硬的、高度结晶的结构。纤维素浆的结晶结构中所包含的羟基很难与在将纤维素浆转化为诸如纤维素醚和再生的纤维素产物等衍生产物、尤其是诸如纤维素酯等酸催化产物时所用的化学品接触。已经发现，在通常比硬木浆显示出更高的结晶度的软木浆中这种有限的可及性特别成问题。

考虑到与由纤维素浆制备纤维素衍生产物的传统方法有关的缺点和问题，提出了具有改进的诸如羟基等官能团的可及性的纤维素浆。

发明内容

本公开提供了具有更高含量的伯醇基团的新型的开链改性的纤维素浆。该开链改性的纤维素浆显示出位于纤维素葡糖酐单体上的官能团(例如羟基)的改进的可及性，从而在其用作制备纤维素衍生物的工艺中的原材料时导致反应性和/或转化效率提高。此外据认为，本文中描述的开链改性的纤维素浆可以表现出更好的溶解，就像在制造这类衍生产物时经常使用的那样。本文中描述的新型的开链改性的纤维素浆可代替通常用于这类应用的更为昂贵的高α纤维素浆。本发明还提供由该新型开链改性的纤维素浆制得的纤维素衍生产物，例如纤维素酯、纤维素醚、再生纤维素和其他的专业产品。

本发明还提供具有更高含量的伯醇基团的新型的开链改性的纤维素浆的制造方法。根据本文中描述的方法，纤维素浆的结晶结构可如下进行还原：首先，氧化位于纤维素葡糖酐单体上的仲醇基团以形成包含在C2和C3碳的醛和/或羧酸结构的氧化浆，随后，继而使氧化浆经历还原反应以将氧化的纤维素上的醛和/或羧酸结构转化为伯醇。