[发明专利]一种2,3-二氰基纳米纤维素及其制备方法与应用

说明书

本发明属于高分子材料领域，公开了一种2,3‑二氰基纳米纤维素及其制备方法与应用。所述的2,3‑二氰基纳米纤维素的制备方法为：以植物纤维为原料，先用高碘酸钠将纤维素分子链结构单元中的C2和C3键打开，引入活性醛基；然后用将醛基与氢胺反应生成肟；将含肟结构的纤维素在乙酸酐回流的条件下制备2,3‑二氰基纤维素；最后将2,3‑二氰基纤维素经超微粒盘磨处理数次得到2,3‑二氰基纳米纤维素。所述2,3‑二氰基纳米纤维素具有丰富的活性官能团结构，在合成氰基的过程中没有任何有害物质生成，方法简单，原料易得，可以应用到电镀、冶金、合成生物医药化学品、纺织品和精细化工中间体等众多应用领域。

技术领域

本发明属于高分子化合材料领域，具体涉及一种2,3-二氰基纳米纤维素及其制备方法与应用。

背景技术

腈是一类含有机基团-C≡N的有机物。腈类化合物是重要的化工原料，广泛用于制造药物、合成纤维和塑料，也应用于电镀、钢的淬火和选矿等工业。氢氰酸及其盐类主要用于电镀业、采矿业(提取金银)，制造各种树脂和合成腈类化合物。有时也用于仓库和船舱烟熏灭鼠。丙烯腈、甲基丙烯腈等都是合成纤维、合成橡胶和塑料的重要原料。腈可进行两大类反应：在氰基上的反应，例如在酸或碱性溶液中水解成酰胺或羧酸，与格利雅试剂加成、水解生成酮，还原成一级胺等；活泼氢的反应,例如在碱作用下进行烃基取代(见取代反应)，或与羰基化合物缩合(见缩合反应)等。

在传统方法用醛肟合成腈的过程中，需要加入大量的有毒或腐蚀性脱水剂和贵金属或过渡金属催化剂，不仅生产成本较高，而且产生大量废物，因此，开发无脱水剂条件下催化反应合成腈的方法是一种绿色高效环保的有机合成策略。中国专利申请201110332796.7公开了一种由醛肟合成腈的方法，该方法以肟为原料，在铜-锰-磷复合催化剂的催化作用下脱水生成腈。中国专利201310341933.2公布了一种含硒催化剂催化下由醛肟合成腈的方法，在含硒催化剂的作用下，通过蒸馏提纯合成腈。目前尚无用纤维素这一自然界储量最丰富的有机资源为原料制备腈类纤维素衍生物，具有巨大的潜在经济效益和社会利益。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种2,3-二氰基纳米纤维素；

本发明的另一目的在于提供上述2,3-二氰基纳米纤维素的制备方法；

本发明的再一目的在于上述2,3-二氰基纳米纤维素的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种2,3-二氰基纳米纤维素，其结构式如式(1)所示：

其中，n为100～300的自然数。

上述的2,3-二氰基纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：

(1)以植物纤维为原料，用超微粒粉碎机处理数次后得到纳米纤维素；

(2)用高碘酸盐氧化步骤(1)制备的纳米纤维素中吡喃式葡萄糖结构单元中的C2和C3位置，生成具有2,3-二醛基结构的纤维素；

(3)将步骤(2)制备的具有2,3-二醛基结构的纤维素用盐酸羟胺在一定温度下处理一段时间后得到含有醛肟结构的纤维素，用水离心洗涤至中性，备用；

(4)将步骤(3)中得到的含有醛肟结构的纤维素在一定量的酸酐，一定温度下脱水回流一段时间，得到2,3-二氰基纳米纤维素。

优选的，步骤(1)中所述植物纤维可为杨木纤维、桉木纤维、松木纤维等木材纤维，以及稻草纤维、麦杆纤维、芦苇纤维、玉米秆纤维、竹子纤维等非木材纤维原料中的至少一种。

优选的，步骤(1)所述的超微粒粉碎机处理条件为：浆浓为0.1～20％，盘磨间隙为-100～200μm，处理次数为10～100次。