[发明专利]一种通过转酯化制备酯化纳米纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米纤维素制备技术领域，具体涉及一种通过转酯化制备酯化纳米纤维素的方法。

背景技术

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种可再生多糖资源，纤维素功能化产品在复合材料、化工、新能源等领域已被广泛运用。纳米纤维素与天然纤维素及微晶纤维素相比，具有许多优良性能，如高结晶度、高强度、高透明性、较大的比表面积，这些优异的性能使纳米纤维素在医药、化工、造纸、纺织及复合材料等领域具有广阔的应用前景。转酯化制备酯化纳米纤维素既有酯化纤维素优良特性，又有纳米尺度效应，因此表现出高结晶度、高透光率、良好的尺寸稳定性和生物可降解等特性，在涂料的添加剂、改性树脂及主要的成膜剂等方面也起到了很好的效果，特别对现代药物输送技术的发展起到了至关重要的作用，以及塑料、薄膜、纤维等领域具有广泛的应用。

到目前为止，已经成功地合成了各种纤维素酯（CE），如无机纤维素酯，有机纤维素酯和纤维素混合酯，乙酸纤维素（CA），醋酸纤维素丙酸酯（CAP）和醋酸丁酸纤维素（CAB）是最常用的纤维素衍生物，这几十年来已经投入商业化处理。

当前的酯化纤维素的合成方法是首先在强酸条件下从纸浆等植物资源制备纳米纤维素，该过程的处理过程中会产生大量的废酸、废水等污染物，对环境产生较大影响；经过纯化后的纳米纤维素再与酯化试剂反应从而得到酯化纳米纤维素。由此可见，传统的酯化纳米纤维素的制备通常需要两步，且制备过程中常会产生大量的废酸、废水等污染物。如果能从纸浆出发，通过一锅法的策略直接合成酯化纳米纤维素，将大大减少生产过程中的污染物排放，降低能耗，具有较高的经济和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过转酯化制备酯化纳米纤维素的方法。该方法无需外加催化剂，可高效、高选择性、环境友好地制得酯化纳米纤维素；反应步骤简单、耗时短，生产效率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述一种通过转酯化制备酯化纳米纤维素的方法，包括以下步骤：

（1）将纤维素原料加入到酸溶液中，在一定温度下利用超声搅拌进行反应；

（2）加入有机溶剂离心数次后，用有机溶剂置换酸溶液，加入酯化试剂，在一定温度下进行反应；

（3）将步骤（2）中得到的混合液用去离子水离心数次，洗去溶液中未反应的试剂，至溶液为中性，收集得到酯化纳米纤维素，真空冷冻干燥测定其得率及酯化度，保存。

步骤（1）中所述的纤维素原料为竹浆、木浆、草浆、纸浆、棉浆中的任意一种，酸为盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸中的一种，酸的质量浓度为30wt%-65wt%，超声处理时间为3 h，超声温度为60℃。

步骤（2）中所述的有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种，酯化试剂为乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、丙酸乙烯酯中的一种，加入量为4-20mL，离心次数为1-5次，油浴温度为80-120℃，油浴处理时间为1-5h。

本发明的显著优点在于：

目前，酯化纳米纤维素的制备工艺步骤主要包括：纳米纤维素的收集、干燥、再分散、纳米纤维素改性、洗脱未反应试剂、干燥。其反应过程步骤繁琐、耗时大、样品得率低，且干燥后的纳米纤维素难于均匀再分散于溶剂中，因此影响纳米纤维素改性修饰。而本发明在酸性条件下，利用超声处理，在制备纳米纤维素后不对其进行分离纯化及再分散，直接通过制备纳米纤维素剩余的少量酸作为催化剂，催化其转酯化反应，一锅法制备出酯化纳米纤维素，步骤简单、耗时短、得率高；并且通过改变酯化试剂，可以方便地制备多种酯化纳米纤维素，且反应的副产物小分子醛可以直接挥发除去，为今后高效、绿色功能化修饰纳米纤维素提供新路径。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实例。

实施例1

称取3g草浆纤维，加入到30 wt %的盐酸溶液150mL中超声搅拌5小时后，用二甲亚砜（DMSO）离心洗涤3次后，加入60mL二甲亚砜（DMSO）及10mL丙酸乙烯酯，120℃反应3h。反应完成后，将此混合液在9000 r/min下用去离子水反复离心脱液，最后离心（5000 r/min）收集到的酯化纳米纤维素，并于-54℃真空冷冻干燥，得到样品。

实施例2