[发明专利]一种氨基酸改性纤维素的绿色方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基酸改性纤维素的绿色方法，属于高分子材料的新型绿色加工改性技术领域。

背景技术

氨基酸（Amino acid）是含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称，生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，在医药、食品添加剂和化妆品中广泛应用。纤维素作为自然界中含量最多的天然高分子，有很好的力学性能和生物相容性，可作为多种生物材料的骨架结构。在纤维素上引入氨基酸基团有望显著改变纤维素的物化性能。

目前，氨基酸衍生化改性纤维素主要利用希夫碱反应、RAFT、柯尼希斯-克诺尔反应实施，而直接通过酯化反应进行活化改性以保留氨基酸正电性伯氨基的研究相对较少。此外，酯化改性多参考多肽或者聚氨基酸的制备方法，首先使用Fmoc、Boc等有机基团保护氨基，再在酯化反应结束后进行脱保护，过程复杂且耗时（12-24 h），而且使用大量的有毒化学溶剂（如DMF、THF、TFA）和催化剂（如4-二甲氨基吡啶、N, N-二异丙基碳二亚胺等）会对材料的生物相容性构成威胁。如专利CN201610192661（2016年）揭示的方法是通过氨基酸自组装修饰的金电极来与纳米纤维素所反应，此方法所需原料较多，且纤维素需用TEMPO氧化法先制得纳米纤维素，步骤繁琐生产周期较长，都不利于工业化生产。而本发明提供一种氨基酸改性纤维素的绿色方法，氨基酸使用量少，反应过程中无副反应及交联反应的发生，免去了反应产物的洗涤环节，整个合成过程步骤简洁，成本低，经济绿色且易于工业化实施。

发明内容

本发明提供一种氨基酸改性纤维素的绿色方法，旨在解决以往改性过程中有机试剂用量大、氨基酸使用效率低、制备时间长等不利因素；具体涉及一种使用氨基酸水溶液浸渍纤维素原料制得纤维素/氨基酸反应预混物，然后加热该反应预混物得到氨基酸改性纤维素的方法。该方法不适用任何有机溶剂，反应时间短，氨基酸转化率可达到95%。

本发明所提供的技术方案具体如下：

一种氨基酸改性纤维素的绿色方法，包括以下步骤：

第一步、将氨基酸溶于水配置成溶液；

第二步、将纤维素投入氨基酸溶液中浸渍，继而脱水分离、干燥得到固态的纤维素/氨基酸反应预混物；

第三步、将纤维素/氨基酸反应预混物在120~180 °C条件下加热10~60 min或50~750 W的微波功率条件下反应5~ 30 min；

第四步、将反应产物用40~60 °C的水或乙醇或丙酮洗涤、干燥，最后制得到氨基酸改型纤维素产物。

根据上述方案，其特征在于：所述的纤维素为棉浆、木浆、甘蔗渣浆、麻将、竹浆或芦苇浆，其分子量为4.5 ~ 13万。

根据上述方案，其特征在于：所述的氨基酸包括：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸和组氨酸，上述氨基酸的构象包括D和L型。

根据上述方案，其特征在于：第一步中配置氨基酸溶液所用水的pH值为0~7；氨基酸溶液的浓度为1~10 wt%，浸渍温度为15~80 °C，浸渍时间为0.5~ 2 h。

根据上述方案，其特征在于：第三步中所述的反应预混物中纤维素和氨基酸的质量比为1:0.01 ~ 1:0.1。

与已有技术相比较，采用本发明技术方案有显著进步，且能取得有益效果。

1）本发明成本低廉，反应所用的纤维素/氨基酸反应预混物中氨基酸的含量低，反应过程中氨基酸的转化率高，反应过后产物甚至可以不用洗涤。

2）本发明反应过程简单绿色，不使用任何有毒化学溶剂，不会影响纤维素原有的生物相容性。

3）本发明条件温和，使用本发明利用氨基酸改性纤维素后纤维素的聚合度不会降低。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进一步地说明

实施例1

将500 g分子量为10万的纤维素棉浆粕浸泡在10 kg 1 wt%的L-半胱氨酸水溶液中，在室温条件下搅拌0.5 h使纤维素和L-半胱氨酸溶液充分混合，然后使用烘箱真空脱水2h，脱水烘干的温度为40 °C，分离得到纤维素/L-半胱氨酸混合物，纤维素/L-半胱氨酸混合物中纤维素和L-半胱氨酸的质量比为1:0.01。取40 g纤维素/L-半胱氨酸混合物130 °C下加热30min，反应得到的改性纤维素的氮含量为0.2 %。

实施例2