[发明专利]一种阳离子纤维素的制备方法

说明书

本发明公开了一种阳离子纤维素的制备方法，包括以下步骤：将纤维素氨基甲酸酯溶解在NaOH/ZnO水溶液中，加入3‑氯‑2羟丙基三甲基氯化铵；为了提高产物的取代度，也可在加入3‑氯‑2羟丙基三甲基氯化铵的同时加入等摩尔质量的NaOH，常温下反应6‑72h，加入盐酸中和至酸性停止反应，透析后经冷冻干燥得到季铵化纤维素。本发明在纤维素氨基甲酸酯均相水溶液中合成季铵化纤维素，所用纤维素溶液无毒、无污染，价格低廉，合成方法简便、反应温度低、速度快、产率高，反应过程中不需要加入有机溶剂作稀释剂。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种阳离子纤维素的制备方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭和环境污染的加剧以及可持续发展的迫切需要，纤维素作为一种环境友好资源越来越受到重视，纤维素分子链中的每个脱水葡萄糖(AGU)单元上有三个活泼的-OH基，可发生一系列与-OH基有关的化学反应，其中醚化改性是纤维素化学改性的重要方法之一。阳离子型纤维素醚是离子型纤维素醚的重要品种之一，由于具有亲水性、生物可降解性和抗菌性等许多优异的性质而广泛应用于造纸、纺织、食品、化妆品、化工及医药行业等领域。季铵化纤维素(QC)含有抗菌性能强的阳离子基团，可用作抗菌材料，能够有效地抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。此外，QC可与负电荷的蛋白质产生静电相互作用，具有较高的蛋白质负载能力，从而避免蛋白质被体液降解，提高蛋白质的利用率。QC在广泛的pH范围都具有优异的絮凝性能和脱色效率，可作为一种新型高效的水处理试剂。

目前，商业化的阳离子纤维素醚主要由水溶性的羟乙基纤维素(HEC)与环氧丙基三甲基氯化铵反应合成。文献(USPatent 3472840,1969.)首先以纤维素与环氧乙烷反应得到HEC，然后在碱性条件下(异丙醇溶液中)与环氧丙基三甲基氯化铵反应得到季铵型阳离子羟乙基纤维素醚，取代度最高达0.33。文献(WO03095497,2003.)用Ba(OH)₂催化，利用HEC与环氧丙基三甲基氯化铵在异丙醇水溶液中反应12h，得到阳离子羟乙基纤维素醚，其取代度最大为0.46。文献(日用化学工业，2006,36(4),213-215.)以工业HEC为原料，在碱催化剂下与环氧丙基三甲基氯化铵通过干法反应得到阳离子羟乙基纤维素醚，DS达到0.49。

由于纤维素难以溶解和熔融，起初以纤维素为直接原料进行醚化反应大多在非均相条件下进行。文献(中国科学技术大学学报，1999,29(3),326-329.)将棉纤维素用加有少量NaOH的叔丁醇碱化，在丙酮和甲醇混合溶剂中与环氧丙基三乙基氯化铵异相合成了阳离子纤维素醚。文献(华南理工大学学报(自然科学版)，2007,35(8),83-88)以碱性棉短绒纤维素为原料、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂、有机溶剂作为稀释剂，非均相合成了季铵盐阳离子纤维素醚。后来研究出了纤维素的新型溶剂体系，以纤维素溶液为原料进行均相醚化反应。文献(Biomacromolecules,2008,9,2259-2264)首次在纤维素的碱/尿素水溶液中均相合成季铵化纤维素，取代度可达0.63。但因为纤维素的溶解度低，溶液稳定性差，制备季铵化纤维素的效率较低，也很难保证反应始终在均相条件下进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳离子纤维素的制备方法，该方法价格低廉，操作简便，无污染，且在均相反应条件下所得产品的均匀性好、纯度高。

为实现上述目的，采用技术方案如下：

一种阳离子纤维素的制备方法，包括以下步骤：

将纤维素氨基甲酸酯溶解在NaOH/ZnO水溶液中，加入3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵，常温下反应6-72h，加入盐酸中和至酸性停止反应，透析后经冷冻干燥得到季铵化纤维素。

按上述方案，所述NaOH/ZnO水溶液浓度为7～9wt％NaOH、0.4～2wt％ZnO。

按上述方案，所述NaOH/ZnO水溶液按以下方式制备而来：