[发明专利]一种化学改性半纤维素固体颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半纤维素材料技术领域，具体涉及一种化学改性半纤维素固体颗粒及其制备方法和应用。本发明的化学改性半纤维素固体颗粒的制备方法，包括如下制备步骤：S1、取半纤维素加入到溶剂中搅拌至全部溶解；S2、调节反应温度和pH，然后加入乙酸酐、邻苯二甲酸酐继续反应，将产物用无水乙醇析出，并洗涤去除未反应试剂，干燥，即得。采用本发明制得的半纤维素固体颗粒制得的Pickering乳液的液滴粒径尺寸更小、大小均一，乳液分层速度慢，无絮沉破乳情况。

技术领域

本发明属于半纤维素材料技术领域，具体涉及一种化学改性半纤维素固体颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

乳液是由两种互不相溶的液相组成的分散体系，其中内相以液滴的形式分散于外相中。由于乳液体系存在较大的界面能，内相液滴会快速聚集从而造成两相的分离，因此乳液通常需要加入表面活性剂或具有表面活性的聚合物来稳定。20世纪初期，RANSDEN和PICKERING报道了用固体颗粒代替表面活性剂来稳定乳液的方法，这种固体颗粒稳定的乳液(Pickering乳液)具有比传统表面活性剂稳定的乳液更优异的特性，如乳化剂用量少、低毒、强界面稳定性、抵抗奥氏熟化等特性。可见，Pickering乳液作为一种以固体颗粒为稳定的新型乳化体系，因具有良好的稳定性和独特的界面性能而被食品、化工和材料等领域广泛应用。

近年来，越来越多的固体颗粒被用作Pickering乳液的稳定剂，如无机颗粒、蛋白质和多糖等。其中无机颗粒稳定的Pickering乳液由于生物降解性和生物相容性的问题，限制了其在食品、化妆品和医学等领域的应用。而工业上常用Pickering乳化剂大多数是合成乳化剂(如聚丙烯酰胺、聚甘油酯)。合成乳化剂中的合成高分子没有可再生乳化剂中生物分子的生物可降解性、低毒、环境响应性等优点，因此，天然生物来源的有机颗粒作为Pickering乳液的稳定剂受到越来越多地关注。

半纤维素是自然界中含量最丰富的一类天然高分子，在木质纤维中的含量仅次于纤维素，具有可再生、生物相容性好和无毒性等特点。但是，将半纤维素颗粒作为稳定剂的制备过程仍具有一定的困难，原因是半纤维素本身具有一定的亲水性，但是作为Pickering乳液稳定剂要求固体颗粒亲疏水性能适中。因此，需要对半纤维素的结构进行化学改性，从而进一步提高其稳定机制。

因此，如何对半纤维素进行有效的化学改性，制备成改性半纤维固体颗粒，进而构建绿色、高效的半纤维素Pickering乳液体系成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种化学改性半纤维素固体颗粒及其制备方法和应用。本发明采用短链酸酐和含苯环的环状酸酐共同对半纤维素进行改性，制得的半纤维素固体颗粒取代度在0.01-1.4，同时，制得的Pickering乳液的液滴粒径尺寸更小、大小均一，乳液分层速度慢，无絮沉破乳情况。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种化学改性半纤维素固体颗粒，分别采用乙酸酐和邻苯二甲酸酐依次对半纤维素进行化学改性得到(具体反应过程如下所示)。

改性主要通过DMSO减弱半纤维素分子链的作用，从而暴露更多的羟基，然后AA和PA在催化剂(三乙胺)下，直接参与半纤维素酯化反应，由于羟基的活跃度不同，因此，添加物质的顺序会直接影响改性后的物质。羟基1比较容易被取代，与先加入的乙酸酐发生反应，生成半纤维素乙酸酯，然后半纤维素乙酸酯上的另一个羟基再被邻苯二甲酸酐取代，形成改性后的半纤维素，而改变添加顺序，则两个酸酐的位置发生改变，与本发明原来的改性半纤维素属于两种完全不同的化合物，其结构、性质均完全不同。