[发明专利]一种溶解浆的均相反应体系制备高取代度氧化纤维素的方法

说明书

本发明属于纤维素化学改性技术领域，涉及一种溶解浆的均相反应体系制备高取代度氧化纤维素的方法。包括以下步骤:将溶解浆与溴化锂水溶液混合，搅拌至溶解浆溶解；调节温度后加入TEMPO，调节PH后滴加NaClO溶液，搅拌至反应结束；对反应结束的溶液进行透析处理，并冷冻干燥透析后的溶液，得到氧化纤维素。本发明通过溴化锂水溶液溶解溶解浆，能够实现纤维素的TEMPO均相氧化，制取的氧化纤维素取代度高，纤维素链降解程度小，且反应体系不需要溴化钠；采用的纤维素溶剂为绿色溶剂，能够避免有毒污染物的产生，易于回收利用。

技术领域

本发明属于纤维素化学改性技术领域，涉及一种溶解浆的均相反应体系制备高取代度氧化纤维素的方法。

背景技术

溶解浆是一种a-纤维素含量高（90-98%），木素、半纤维素、抽出物、矿物质及其他成分含量非常低的高纯度化学浆，具有纤维素的相对分子质量分布均匀、反应性能良好等特点，可用于生产黏胶纤维、醋酸纤维素、硝化纤维素、醚化纤维素等产品。溶解浆的等级一般以a-纤维素的含量来划分，含量低于90%的为低等级溶解浆，含量在90-95%的为中等级溶解浆，含量高于95%的为高等级溶解浆。随着石油资源的日益枯竭以及大众环保意识的逐渐提高，以棉/棉短绒、麻、竹子、木材等纤维原料制得的高纯度纤维素载体—溶解浆正成为新一代工业原料的重要选择。

氧化纤维素作为一类新型的纤维素衍生物，含有大量的羟基和羧基，可作为有效分散剂，并具有良好的生物兼容性、生物可降解性及环境友好性，已被广泛应用于医疗、功能材料、纺织等行业。常见的纤维素氧化体系包括NO2/N2O4、HNO3、HNO3-NaNO2、HNO3/H2SO4-NaNO2、H3PO4-NaNO2、H3PO4-NaNO2-NaNO3、H3PO4/NO2、HNO3/H3PO4-NaNO2。TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-１-氧自由基）是一种水溶性的稳定硝酰自由基，可以将多糖的伯羟基选择性地催化氧化，使之转化为羧基。具有污染小、条件温和、成本低、操作简单等优点，引起人们广泛地关注。

纤维素为天然高分子聚合物，由于复杂的分子内/分子间氢键网络和分子链亲水/亲油的两亲特性，纤维素形成了包含结构疏松的无定形区和结构致密的结晶区，这导致了纤维素难以在常规溶剂中难以有效溶解分散。不同纤维素溶剂的溶解条件和溶剂特性差异很大，这限制了后续特定溶剂体系的纤维素深度加工。因此，纤维素的均相反应需要从溶解和化学反应两个方面整体设计，使溶剂特性、溶解条件和化学反应条件和谐统一，这导致了纤维素均相化学反应设计的难度。目前仅有少量的纤维素均相反应体系被构建。

发明内容

本发明针对传统氧化纤维素制备过程中存在的问题提出一种新型的溶解浆的均相反应体系制备高取代度氧化纤维素的方法。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种溶解浆的均相反应体系制备高取代度氧化纤维素的方法,包括以下步骤:

（1）将溶解浆与溴化锂水溶液混合，搅拌至溶解浆溶解；

（2）调节温度后加入TEMPO，调节PH后滴加NaClO溶液，搅拌至反应结束；

（3）对反应结束的溶液进行透析处理，并冷冻干燥透析后的溶液，得到氧化纤维素。

作为优选,所述步骤（1）中溴化锂水溶液质量浓度为60.1-61.7%，温度为110-125℃，溶解浆质量浓度为0.3-0.8%，时间25-60 min，搅拌转速为400-600 rpm。

作为优选,所述步骤（2）中TEMPO质量占溶解浆质量的3.0-5.4%，pH值为10-11，NaClO质量占溶解浆质量的50-75%，反应温度15-25℃，反应时间75-270 min，搅拌速度为300-500 rpm。

作为优选,所述步骤（3）中透析采用蒸馏水室温透析，透析的截留分子量为200，透析时间为80-90h。