[发明专利]一种半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半纤维素，特别涉及一种半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成方法。

背景技术

高等植物的细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其质量占细胞壁的80～95％，是构成植物纤维原料的主要化学成分，其中半纤维素的含量仅次于纤维素，约占植物原料的1/4～1/3。半纤维素并非均一聚糖，而是一群复合聚糖的总称，是由几种不同类型的五碳糖和六碳糖构成的多糖聚合物。由于原料来源的不同，复合聚糖的组分也有差异，组成半纤维素的结构单元主要有：D-木糖、D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、L-岩藻糖、D-葡萄糖醛酸、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸和少量的L-鼠李糖及各种O-甲基化的中性糖等。天然的半纤维素具有非结晶态、低分子量和多分枝性等特点，聚合度通常在80～200，一般可采用水或碱性溶液从植物细胞壁中提取出来。根据半纤维素主链单糖类型的不同，通常可将半纤维素从结构上分为四类：（1）聚木糖，以β-(1→4)-D-木糖基为主链，以4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基、L-阿拉伯糖基、D-半乳糖基和D-木糖基组成的不同低聚糖连接于主链木糖基的O-2或O-3上，多存在于禾本科和阔叶植物细胞壁中；（2）聚半乳糖甘露糖，以β-(1→4)-甘露糖为主链，而D-半乳糖连接在主链甘露糖的C-6位上，主要存在于针叶木中。（3）聚木糖葡萄糖，以β-(1→4)-葡萄糖为主链，木糖连接于主链C-6位上，主要存在于双子叶被子植物中。（4）聚β-葡萄糖，以β-(1→3)和β-(1→4)苷键连接而成，主要存在于谷类细胞壁的糊粉层和胚乳中。

随着石油等不可再生资源的日益消耗以及贮存量的逐渐减少，利用生物质等可再生资源转化为新材料、化工原料、清洁能源、功能食品以及药品等，补充或逐步替代化石基产品已成为新的发展趋势，在我国更是将其列为经济和社会可持续发展的重大战略。我国农林废弃生物质资源丰富，可从中分离得到大量的半纤维素，利用半纤维素结构单元上的羟基，经化学改性（酯化、醚化、交联和接枝等）转化为高值化产品已成为当前研究的热点。半纤维素及其衍生物由于其良好的生物兼容性、可降解性和生物活性已在食品、医药和材料等领域有着广泛的用途，例如基于半纤维素的食品包装膜、低聚木糖、化学品、智能水凝胶和吸附剂等。

半纤维素丰富的羟基和较短的分子链导致其具有较强的亲水性和较低的热塑性，这一特点限制了半纤维素更广的应用。在众多半纤维素化学改性研究中，接枝聚合反应通过在半纤维素主链上引入较长的侧链（如同枝条），由于侧链与主链之间存在化学键、氢键和缠绕等作用从而提高半纤维素的性能，该反应因具有高效、可设计和功能性等优点现已得到广泛关注。

目前，对于环氧丙烷开环聚合反应研究集中于（1）催化剂，传统的碱金属氢氧化物如KOH等催化引发环氧丙烷开环聚合（专利号为98122854.2），但同时由于高的碱度导致甲基质子化从而产生大量的副反应；沈之荃和张一烽采用稀土络合催化剂制备高分子量聚环氧烷烃（专利号为85104956），该方法虽然聚合条件变化范围宽，但由于稀土不易获得，从而限制这种催化剂大规模使用；近年来采用双金属氰化物能够迅速可控的合成聚环氧烷烃，但该催化剂属于氰化物，对人体危害巨大。（2）起始剂，公开的专利多以低分子量单体如乙二醇、甘油、单糖、乙二胺和二氧化碳等（专利号01135931.5和200710055513.2）为起始剂，而以纤维素和半纤维素高聚物作为起始剂与环氧丙烷在KOH催化下的研究，只是制备了羟丙基纤维素或羟丙基半纤维素，并未接枝形成长分子链的侧链（Zhou JP et al.，J.Polym.Sci.Pol.Chem.2004，42，5911-5920和Jain RK etal.，Cellulose，2001，7，319-336），而对于半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成尚未见任何专利申请和报道。

发明内容

为了克服现有环氧丙烷开环催化剂的上述缺点和拓宽半纤维素材料的应用，本发明的目的在于提供一种新型半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成方法，具有简单、低廉、接枝度高和反应高效等特点。

如图1所示，本发明涉及的半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成是环氧丙烷在催化剂作用下开环与半纤维素羟基发生醚化，并形成聚氧丙烯醚结构的侧链反应，所得到的半纤维素接枝聚环氧丙烷可用于制备疏水且热稳定的食品包装膜以及两亲性吸附剂等。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种半纤维素接枝聚环氧丙烷的合成方法，包括以下步骤：