[发明专利]一种水溶性阳离子纤维素材料及其制备方法

权利要求书

1.一种水溶性阳离子纤维素材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.取α-纤维素含量不低于98%的纤维素材料，溶解于非质子性溶剂中；

b.反应过程选取以下四种方法中的任一种：

i.在搅拌下，加入催化剂，反应10~30min后再加入带叔胺结构的伯卤代烷，反应1~15小时；将pH值调节到6~8，在搅拌下，加入烷基化试剂，反应1~8小时；

ii.在搅拌下，加入对甲苯磺酰氯和缚酸剂，反应0.5~3小时，再加入催化剂和带叔胺结构的醇的混合物，反应1~15小时；将pH值调节到6~8，在搅拌下，加入烷基化试剂，反应1~8小时；

iii.在搅拌下，加入催化剂、带季铵结构的环氧化合物，反应1~18小时；

iv.在搅拌下，加入催化剂，以及带季铵结构的酰卤和/或带季铵结构的酸酐，反应1~10小时；

ⅰ、ⅱ中所述烷基化试剂为活泼的伯卤代烷、硫酸二甲酯和碳酸二甲酯中的任意一种或两种以上；

c.取出反应物，用沉淀剂将阳离子纤维素从反应溶液中沉淀出来，过滤，用清洗剂洗涤；然后用半透膜透析1~5天；

d.蒸发掉透析用的溶剂，收集固态阳离子纤维素；在真空干燥箱内40-80℃干燥3-10小时，即得到阳离子纤维素材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述带叔胺结构的伯卤代烷为：

所述的带叔胺结构的醇为：

所述的带季铵结构的环氧化合物为：

所述的带季铵结构的酰卤和带季铵结构的酸酐分别为：

其中，X为Cl、Br或I，R为0~4个碳原子的烷基链，R₁、R₂、R₃为1~3个碳原子的烷基，R₄为H或者1~3个碳原子的烷基。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，将所述纤维素材料的纤维素中葡萄糖单元的物质的量定义为1，则

b（i.）中带叔胺结构的伯卤代烷的物质的量为0.4~2.5，所述催化剂的物质的量为0.6~3；

b（ⅱ.）甲苯磺酰氯的物质的量为0.6~3，催化剂的物质的量为0.8~4、带叔胺结构的醇的物质的量为0.4~2.5；

b（ⅲ.）带季铵结构的环氧化合物的物质的量为0.4~2.5，催化剂的物质的量为0.8~4；

b（ⅳ.）带季铵结构的酰卤的物质的量为0~2，带季铵结构的酸酐的物质的量为0~2，催化剂的物质的量为0.8~4。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述b（i.）、b（ii.）、b（ⅲ.）、b（ⅳ.）整个反应在氮气保护下进行。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述非质子性溶剂为N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂溶液、离子液体或铜乙二胺溶液。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的离子液体为咪唑鎓盐、吡啶鎓盐以及立体体积大的铵盐。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

b（i.）、b（ii.）所述的催化剂为锂、钠、钾、铷、铯、钙、锶、钡、碱金属的氢化物、碱土金属的氢化物、碱金属的醇化物、碱土金属的醇化物、碱金属的氨化物、碱土金属的氨化物、碱金属的汞齐溶液、碱土金属的汞齐溶液；

b（iii.）所述的催化剂为浓硫酸、冰醋酸、干燥的氯化氢气体、三氟化硼、浓硝酸、浓盐酸、三氯化铝、三氯化铁、三氟乙酸和三氯乙酸中的一种或两种以上；

b（iv.）所述的催化剂为三乙胺、三甲胺、吡啶、吡咯和哌啶的一种或两种以上；

b（ii.）所述缚酸剂为三乙胺、三甲胺、吡啶、吡咯和哌啶的一种或两种以上。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的活泼的伯卤代烷为碘化短链烷烃、烯丙基氯、烯丙基溴、苄基氯和苄基溴中的一种或两种以上；

所述的沉淀剂为乙腈、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、乙酸和甲酸中的一种或两种以上；

所述的洗涤剂为体积分数95%的醇类水溶液、体积分数95%的酮类水溶液、体积分数95%的乙腈水溶液。

9.权利要求1~8任意一项所述方法制备的阳离子纤维素材料。

10.根据权利要求9所述的阳离子纤维素材料，其特征在于，所述阳离子纤维素的葡萄糖单元上的羟基取代度在1.2~3之间。