[发明专利]一种羟丙基纤维素的均相合成方法

说明书

本发明涉及一种羟丙基纤维素的均相合成方法，将纤维素原料加入到由二甲基亚砜和四丁基氟化铵三水合物组成的混合溶剂中，加热完全溶解，得到纤维素溶液，往其内加入氢氧化钠并通入氮气保护，氢氧化钠用量占纤维素溶液质量的2～8wt％，碱化20～60min，得到碱化后的纤维素溶液，往其中注入环氧丙烷进行醚化反应，反应结束将反应液调至中性，最后分离提纯，得到低取代度或高取代度的羟丙基纤维素。与目前的羟丙基纤维素的非均相合成方法相比，本发明的合成方法简单易控，对反应容器的要求不高，反应速率快，并且无需添加大量的稀释剂，醚化剂的加入量少，制备成本低，取代度可控，该方法制得的羟丙基纤维素取代程度高、取代基团分布均匀。

技术领域

本发明属于高分子化学技术领域，具体涉及一种纤维素均相衍生化制备不同取代度羟丙基纤维素的方法。

背景技术

纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，大量存在于木材、草类、棉、麻等植物细胞。相比于其他的原料，纤维素具有廉价、易获取、可再生、可降解的优势。为实施“双碳”战略所倡导的绿色、环保、低碳的生活方式，减少石油、煤炭等不可再生资源的使用，利用纤维素及其衍生物开发新型的功能材料在化学领域具有非常广阔的应用前景。但由于纤维素分子之间存在大量的氢键，所以在常温下纤维素比较稳定，它既不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，如乙醇、丙酮、二甲基亚砜的等。难以溶解使得纤维素的应用范围存在一定的限制，为了拓宽纤维素的应用领域，一系列的纤维素衍生物被研制出来，如醚类纤维素、酯类纤维素、磺化纤维素等。随着不断地推陈出新，纤维素及其衍生物被广泛应用于造纸、食品、建筑、医疗等领域。目前，大多数工业化的纤维素衍生物产品采用非均相法的生产工艺，常用的非均相合成方法为淤浆法，该方法是在纤维素在不溶解的条件下与衍生化试剂反应，通常只发生在纤维的表面，优点是产品易分离，不足之处是化学品消耗大，反应条件苛刻，而且由于纤维素与衍生试剂的反应处于纤维的表面，因此反应接触面较少，使得产品的纯度和取代的均匀性和程度会受到一定限制。现有技术中也有采用均相法合成工艺的，将纤维素溶解后与衍生化试剂反应，该方法反应效率高，化学品消耗少，但存在产品难分离的问题，而且容易难以循环使用，因此目前还没实现大规模的工业化生产。

羟丙基纤维素是一种非离子型纤维素醚类纤维素衍生物，根据羟丙基取代程度的不同可分为低取代羟丙基纤维素和高取代羟丙基纤维素，应用领域非常广泛。低取代羟丙基纤维素(一般认为羟丙基含量小于20％)既不溶于水也不溶于一般的极性有机溶剂，主要用作片剂崩解剂和粘合剂，也可作为食品添加剂和化妆品制造；高取代羟丙基纤维素(羟丙基含量大于20％)能够溶于水和一般的极性有机溶剂，并且其水溶液存在LCST(最低共溶温度)现象，利用这种特性可以制备温敏性的智能玻璃、传感器等；当高取代羟丙基纤维素在水中的浓度达到55wt％～70wt％时，其溶液能够自组装成胆甾型液晶，并反射出鲜艳的色彩。基于这些特性，羟丙基纤维的应用领域非常广泛，需求量日益增长。目前国内外大多数的生产厂家仍采用非均相法生产工艺，如淤浆法，纤维素经碱化、醚化、中和等处理合成羟丙基纤维素，但该过程需要消耗大量的稀释剂，常用的稀释剂有甲苯、丙酮、异丙醇、叔丁醇或其混合剂，稀释剂可以保持产物在反应体系中不溶解，但会带来成本的增加，并且取代程度和产率较低，环境污染严重。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中合成羟丙基纤维素的方法存在的产品产率低、取代度低、羟基取代均匀性差、耗费大、成本高、污染严重的问题，提供一种羟丙基纤维素的均相合成法。

技术方案

一种羟丙基纤维素的均相合成方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素原料加入到由二甲基亚砜和四丁基氟化铵三水合物组成的混合溶剂中，加热使完全溶解，得到纤维素溶液；

(2)往纤维素溶液中加入氢氧化钠，并通入氮气保护，氢氧化钠的用量占纤维素溶液质量的2～8wt％，搅拌均匀后，碱化20～60min，得到碱化后的纤维素溶液；

(3)往碱化后的纤维素溶液中注入环氧丙烷，进行醚化反应，反应结束后，滴加醋酸将反应液调至中性，得到反应产物；