[发明专利]一种木质纤维类生物质的酯化改性方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维类生物质资源再利用领域，具体涉及一种木质纤维类生物质的酯化改性方法。

背景技术

近些年来，随着石油、煤炭等不可再生的化石资源总量的日趋减少，生物类可再生资源的重要性日益显著。在农林行业中，有着丰富而廉价的木质纤维类原料，包括木材废弃物、秸秆、稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等。目前利用木质纤维类生物质制备材料，主要包括对其不同组分的分别利用以及全组分利用。单组分利用主要利用其中的纤维素，资源利用率很低，不仅造成了其他组分的损失，而且带来环境污染的问题。因此，利用木质纤维类生物质的全组分制备材料越来越成为各界关注的焦点。木质纤维类生物质中的主要组分为纤维素、半纤维素和木质素三种天然高聚物，由于其特殊结构使其不具备热塑性。若通过酯化或醚化，用其它基团取代纤维素、半纤维素和木质素上的羟基，则可破坏纤维素的晶体结构，阻碍分子间氢键的形成，改性达到一定程度时，可使其转化成为具有热塑性高分子材料。

余英权等人的研究表明，利用三氟乙酸作预处理，对木材进行乙酰化改性反应，可使木材具有一定的热塑性。方桂珍等研究了以多元羧酸为酯化剂，以无机盐为催化剂的交联体系中对木材进行酯化反应。张建兴等以农作物秸秆为反应原料，以蒸汽爆破技术活化预处理，对分离出的纤维素进行乙酰化反应，制备出醋酸纤维素。Sun xiaofeng等研究了分别在有无催化剂（吡啶等）存在条件下用乙酸酐对稻草进行改性。刘传富等研究了甘蔗渣经超声波预处理后，以吡啶为溶剂，用丁二酸酐（SA）、马来酸酐（MA）和邻苯二甲酸酐（PA）3种环状酸酐进行改性。Sun Runcang等研究了稻草、小麦草、黑麦草和大麦草与杨木相比在无溶剂、无催化剂条件下的线性酸酐酰化反应。

但是上所述方法存在操作过程复杂、改性不均匀不充分，易对环境造成污染以及溶剂回收困难等缺点。因此，探讨一种更为高效、便捷并且环境友好的改性方法具有非常重要的实用价值，对于生物基新型材料的制备具有积极的推动作用。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供木质纤维类生物质的一种酯化改性方法，在球磨过程中对木质纤维类生物质进行酯化，不需要在溶解后的均相体系或溶剂为分散介质的非均相体系中进行酯化反应，改性工艺简单，无“三废”产生，并且不需要回收溶剂，环境友好。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种木质纤维类生物质的酯化改性方法，包括：先对木质纤维类生物质进行干燥和粉碎预处理；然后进行预球磨；接着加入酯化试剂，继续球磨进行酯化改性反应；反应结束后，将产物洗涤，干燥，即得到木质纤维类生物质的酯化改性产物。

上述的木质纤维类生物质的酯化改性方法，包括以下步骤：

（1）取木质纤维类生物质，干燥，粉碎，备用；

（2）用球磨机对原料进行预球磨，球磨时间为3~15h；

（3）在球磨原料中加入酸酐或酰卤，再次球磨进行酯化改性反应，球磨时间为6~15h；

（4）将产物用无水乙醇进行反复洗涤，干燥，即得到木质纤维类生物质的酯化改性产物。

在所述酯化改性反应中加入催化剂。所述的催化剂为酸性催化剂或吡啶、咪唑类催化剂。

所述的酯化试剂用量为木质纤维类原料重量的0.1～2倍。所述酸酐为乙酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、顺丁烯二酸酐或苯二甲酸酐；所述酰卤为乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、苯甲酰氯、苯磺酰氯。

所述木质纤维类生物质包括木材、木屑、扶桑枝条、秸秆、稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣。

所述的酯化试剂为酸酐的苯、二甲亚砜、三氯甲烷、四氯化碳溶液。所述酸酐的溶液浓度为0.02~0.4g/mL。

有益效果：与现有技术相比，本发明具备的优点包括：

（1）以各种木质纤维类生物质为原料，主要为农林废弃物，来源广泛且成本低廉。

（2）资源利用率高。综合利用木质纤维类生物质中的纤维素、半纤维素和木质素。改变“分离、提取、改性”这种单一改性利用纤维素的传统模式。

（3）通过预球磨破坏木质素的三维立体网状结构，打开LCC键，使各组分的羟基充分暴露，改变了传统采用化学方法的预处理方式，避免使用大量强腐蚀试剂和溶剂。

（4）在球磨过程中对木质纤维类生物质进行酯化，而非在溶解后的均相体系或溶剂为分散介质的非均相体系中进行，不仅提高了改性试剂的可及度，促进酯化反应，而且改性过程中无“三废”产生，不需要回收溶剂，环境友好。

（5）通过红外和称重法结果表明产物酯化效果好。