[发明专利]一种乙酰化稻草纤维接枝ε-己内酯的改性方法

说明书

所属技术领域

本发明属于生物质资源再利用领域，特别涉及一种稻草秸秆全利用使其具有热塑性的改性方法。

背景技术

我国是农业大国，每年产生秸秆7亿多吨，近年来，随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展，秸秆逐步从传统的农业原料演变成一种无用的负担，被排除于农业生产的内部循环之外。秸秆过去是劣质燃料，现在被煤或电力取代；过去被当成肥料，现在被化肥取代；过去用做耕牛的饲料，现在耕牛被现代农业机械取代。

对农民来讲，现有的一些秸秆处理方式费时费事，影响农时，现行的一些秸秆利用技术效率较低，经济效益差。就地焚烧在经济上最合算，但是这种秸秆处理方法对交通安全和自然环境造成严重威胁。我国的秸秆焚烧问题是工业初步改造传统农业，但还没有彻底改造的结果。秸秆的有效利用最终需要工业来解决，目前我们的工业方式还无法解决秸秆处理后的出路问题。

秸秆作为农业废物和社会负担，其实是放错了地方的资源。秸秆作为植物通过光合作用固定于地球上的太阳能，可以通过生物质能转换技术生产各种清洁燃料；同时作为能量载体的年可再生天然高分子，又是一种未来较为重要的高分子材料来源。

以秸秆为原料的新型复合材料产业化，不仅可以大量消纳秸秆废弃物，解决当前农村秸秆焚烧造成的环境污染问题，还可以吸纳农村劳动力，增加农民收入，开拓新的农村绿色经济模式，促进社会主义新农村建设。同时，秸秆复合材料作为传统有机材料的替代品，其产业化将减少对石油资源的需求，保障国家能源安全.

本发明的目的是针对秸秆这种多组分木质纤维原料，采用乙酰化和接枝两步反应制备了乙酰化稻草纤维/聚ε-己内酯接枝共聚物，通过在稻草纤维上聚ε-己内酯柔性链段的引入，使其的聚集状态发生改变，热性能明显改善，开发了一种全生物质利用的方法。

发明内容

本发明的目的是针对稻草秸秆这种产量比较大的农作物副产物，开发了一种秸秆转换为乙酰化稻草纤维/聚ε-己内酯接枝共聚物的方法，从而能大大提高秸秆产品的附加值，克服了传统秸秆再利用方法浪费和污染的缺点。

本发明提供的一种乙酰化稻草纤维接枝ε-己内酯的热塑性改性工艺，包括以下步骤：

1)根据专利201010591399.7制取乙酰化稻草，并在取出产物前加入原稻草质量30％的去离子水，加热到40℃，水解6小时，得到增重率为20％的乙酰化稻草；

2)将步骤1)生成的粘稠状液体缓慢注入清水中沉淀析出固体，并洗至中性，烘干；

3)在步骤2)的产物中加入一定量的N，N-二甲基乙酰胺，并通氮除氧，加入ε-己内酯和催化剂辛酸亚锡，控制反应温度为120-160℃，辛酸亚锡加入量为乙酰化稻草质量的2％，反应时间，8-16h；

4)将步骤3)生成的黄褐色粘稠状液体倒入二氯甲烷中稀释后缓慢置入甲醇中沉淀析出固体，并分别用酒精和水洗涤，烘干；

采用正交实验法试验了改变ε-己内酯与乙酰化稻草的质量比、反应温度及时间对反应的影响。结果(表1和表2)显示随着反应物质量比的增大、反应温度的升高和反应时间的延长，产物的接枝率均为先升后降。各因素对接枝率的影响顺序为：单体用量(A)＞反应温度(B)＞反应时间(C)。由此得出最佳反应条件为单体用量为乙酰化稻草质量的2倍、反应温度为140℃、反应时间为12h。

表1反应物质量比、反应温度和时间对反应的影响

表2正交试验接枝率分析

选择最佳反应条件，重复试验可获得接枝率高达42％的接枝产物，并对其做了如下热性能测试。

接枝共聚物的热重分析

我们对稻草、乙酰化稻草及接枝产物均做了热重分析，见图1，在50-100℃原稻草(A)质量已损耗5％左右，而增重率为20％的乙酰化稻草(B)及接枝产物(C)在该温度范围内质量均没有变化，由此可知经处理后的稻草具有了明显的拒水性。此外，经改性后稻草的分解温度均有所提高，然而接枝产物与乙酰化稻草相比，其分解温度略低。

接枝共聚物的示差量热扫描分析