[发明专利]一种纤维素衍生物及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种纤维素衍生物，纤维素经碱化、醚化后，得到羧甲基纤维素中间体，再经硝化体系硝化后，经洗涤、干燥、烘干、粉碎得到羧甲基纤维素羧酸酯，然后经铵化体系铵化后，经中和、沉析、干燥得到目标产品。本发明纤维素衍生物含有硝酸酯基、羧甲基、铵根离子三种基团，具有缓释性、保水性，可增加土壤强度，适用于干旱区域，为植物生长提供有力条件。

技术领域

本发明涉及纤维素应用领域，特别涉及一种纤维素衍生物及其制备方法和用途。

背景技术

硝化纤维素(NC)是一种军民两用的纤维素酯类衍生物。由于其化学结构单一、钢性强、氮量有限、制品低温脆、高温软等特点，限制了其应用领域，尤其是当NC氮量低于10.2％时，几乎没有实用价值(邵自强，王文俊.硝化纤维素结构与性能[M].北京：国防工业出版社，2011.)。NC上的–ONO₂是亲油性基团，因而仅溶于一些极性溶液中，若通过分子设计，进行多基团化学修饰，在NC分子链上引入亲水性基团，可增加其亲水性，实现两亲性，或多功能性，将具有重要的意义。如羧甲基纤维素硝酸酯(CMCN)同时含有羧甲基基团(亲水性基团)和–ONO₂(疏水性基团)，可以实现了两亲性结构(段洪涛.羧甲基纤维素化学改性及水性分散体的制备与性能[D].北京:北京理工大学,2015.)。

硝酸铵(NH₄NO₃)是一种同时含有氨基氮与硝基氮的农业化肥，也常作为工业炸药。当应用于农业中时，可给植物提供氮元素，但由于其小分子形式，施用后容易从土壤表层流失，导致水体污染，对生态环境产生很大的压力，对人体也会造成伤害。因此，若有一种高分子产品，在保证土壤植物氮元素需求的条件下，既减少硝酸盐流入水体，又可替代或减少氮肥的使用，将是一个降低硝酸盐污染的方向之一。

此外，水资源缺乏和水土流失是影响我国农业生产的重要因素，抗旱保墒是农业生产中的一个重要环节。我国水土流失面积达356万km²,占国土面积37％，尤其是西北部的黄土高原，年均降水量仅为452.5mm，如延安地区自1957年-2014年平均降水量以9.14mm/10a的速率逐年降低，7、8月降水量占到平均降水量的44.71％(李劲彬,韩霁昌,陈超.延安市近58年降水变化特征分析[J].水电能源科学,2017,35(11):10-13.)。同时，由于土壤肥力偏低，大多数植物生长不足，根系锁土力弱，难以控制水土流失，而过度施肥导致的土壤板结也加剧了这一现象(Ning T,Guo Z S,Guo M C,et al.Soil water resources uselimit in the loess plateau of China[J].Agricultural Sciences,2013,4:100-105.)。

因此，开发高效、绿色、可持续发展的土壤改良剂，以达到水土保护，改善土壤物理性质，提高土壤肥力，减少肥料投入等目的，则显得至关重要(Katsutoshi Mizuta,SatoruTaguchi,Shinjiro Sato.Soil aggregate formation and stability induced bystarch and cellulose[J].Soil BiologyBiochemistry,2015,87:90-96.)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种纤维素衍生物，其大分子链上具有硝酸酯基、羧甲基、铵根离子，与土壤混合后，能有效提高土壤的保水性、抗侧压强度，且对植物提供氮元素，防止氮元素从土壤表面流失。本发明还提供了该纤维素衍生物的制备方法，其工艺简单、反应条件温和，设备投资少，原料消耗低，可实现大规模工业化生产。