[发明专利]一种小麦秸秆制备醋酸纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及小麦秸秆可再生资源利用技术领域，特别涉及一种在改进催化剂体系作用下小麦秸秆制备醋酸纤维素的方法。

背景技术

天然纤维素原料是地球上最丰富的可再生有机物质。中国每年可通过光合作用可产生约11.45亿吨的天然纤维素原料，仅农作物秸秆、皮壳一项就高达7亿多吨，其中小麦秸秆约占21％。在中国，大部分秸秆被用作燃料或在田间被直接燃烧，不但破坏了生态平衡，使土壤肥力衰竭，造成农业上的恶性循环，而且污染环境，还存在火灾隐患。

随着人们对环境保护和可再生资源利用的重视，包括小麦秸秆在内的农作物秸秆资源的利用越来越受到世界各国的关注。近年来人们通过在天然纤维素分子链上进行接枝改性，制备人类所需要的高附加值材料，从而有效地利用了这种可再生资源并减少了其对环境的影响。

但是小麦秸秆因为组分多、结构复杂，现阶段对其开发和利用仍未在经济和技术领域取得突破性的发展。小麦秸秆细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素等构成。小麦秸秆细胞壁的结构非常紧密，在纤维素、半纤维素和木质素分子之间存在着不同的结合力。纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键；半纤维素和木质素分子之间除了氢键以外，还存在着化学键的结合。因此，要想充分利用小麦秸秆资源，一个重要的关键技术是要对其进行预处理和活化，打破纤维素、半纤维素和木质素分子之间的结合力，降低秸秆的结晶度，从而为提高后续乙酰化反应的可及性提供可能。

醋酸纤维素目前是仅次于粘胶纤维的第二大工业纤维素品种，具有柔韧性好、透明度高、光泽度好、熔融流动性好、热塑性强、强度高及对光稳定、不易燃烧等特点，可广泛应用于制造纺织品、烟用滤嘴、片基、塑料制品等领域。醋酸纤维素的制备先后出现了低温法、高温法、均相法和气相酯化法等方法，目前国内多采用低温乙酰化和中温水解(50～70℃)，国外多趋向于发展中、高温乙酰化和高温水解等新工艺。

在醋酸纤维素的制备过程中，要用到分散剂、酯化剂和催化剂。分散剂也就是稀释剂，它的使用是为了增大反应的浴比，溶解催化剂，促使反应的进行。常用的分散剂有：冰乙酸、三氯甲烷、二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳等，其中冰乙酸比较常用，因为它除了可以作为分散剂之外，还可以起到活化纤维素的作用。乙酰化过程中采用醋酸酐作为酯化剂。催化剂则种类繁多，可以分为酸类催化剂、碱类催化剂和盐类催化剂等。其中酸类催化剂有硫酸、盐酸、磷酸、高氯酸、甲磺酸和对甲基苯磺酸等。欧洲专利WO9403497中，提到用甲磺酸作为催化剂。美国专利US4329446中则用对甲基苯磺酸作为纤维素乙酰化反应的催化剂。S.D.Bhattacharya则采用高氯酸作为催化剂对棉花进行乙酰化处理，也取得了比较好的效果。硫酸作为一种活性催化剂，由于效果显著，它在乙酰化作用中被广泛利用，但它对纤维素的降解作用也很明显，这样会导致生成醋酸纤维素的产率比较低；碱类催化剂有氢氧化钠、氢氧化铝等，但由于此类催化剂催化效果欠佳，实际应用比较少；盐类的催化剂有碱金属或碱土金属的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸氢盐、有机酸盐等，如碳酸钠、醋酸钠、醋酸钙、硫酸氢锂、硫酸氢钠、对甲基苯磺酸钠、碳酸衍生物、无机磺酸化合物等。氯化锌也可以用作乙酰化的催化剂，在工业上得到了一定的应用。欧洲专利也有使用N，N-二甲基乙酰胺作为催化剂的记载，然而在乙酰化过程中会生成胺副产物或氨副产物及N，N-二烷基胺，这些副产物具有毒性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种小麦秸秆制备醋酸纤维素的方法。该方法采用简单、有效的小麦秸秆预处理方法，同时为了克服传统乙酰化过程中单一催化剂的不足，在新的催化剂体系下进行乙酰化反应，从而制备出高附加值的醋酸纤维素。整个工艺流程具有较高的经济性和安全性，在新的催化剂体系下制得的醋酸纤维素最大程度的保持了高取代度和聚合度。