[发明专利]一种纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物的制备方法。

背景技术

随着人类社会工业生产能力的增加，不可再生的化石类矿产资源(如石油、煤炭等)日益难以满足人类未来的需求，因此可再生的天然资源的有效利用具有越来越重要的地位。纤维素是地球上最为丰富的天然高分子，充分利用纤维素资源对于全人类社会的可持续发展具有重要意义。

纤维素不能用常规的热加工方法进行熔融加工，而且很难溶解在普通溶剂中，因此纤维素的加工性能很差。为了改善纤维素的加工性，通常对纤维素进行酰化或醚化改性，以赋予纤维素熔融加工性或改善其溶解性。实际上，接枝共聚合反应也是一种有效的纤维素改性方式。但是长期以来，由于缺乏有效的纤维素溶剂，人们重点研究的都是纤维素的非均相接枝。由于非均相反应都在纤维素纤维的表面进行，因此该反应方式只能起到纤维素表面改性的作用，并不能从本质上改善纤维素的加工性。

专利CN 100381622C公开了一种在纤维素酯(如醋酸纤维素)上接枝聚乳酸(PLA)的技术，并且得到了可以熔融加工的纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物，如纤维素醋酸酯接枝聚乳酸共聚物。但从该专利的权利要求说明书和实施例中可以看出，发明人使用的是纤维素酯为起始原料，如在实施例中多次提到使用了取代度为2.5左右的纤维素醋酸酯为原料得到纤维素醋酸酯接枝聚乳酸共聚物。但众所周知，纤维素酯的价格一般较高，同时力学性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物的方法。

本发明所提供的制备纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物的方法，包括下述步骤：将纤维素溶于离子液体中，得到纤维素/离子液体溶液；向所述纤维素/离子液体溶液中加入酰化剂进行纤维素均相酰化反应；再向酰化反应的反应体系中加入环状内酯单体进行环状内酯单体开环接枝共聚合反应，得到纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物。

鉴于离子液体既可以作为纤维素均相乙酰化的溶剂，又可以作为纤维素均相接枝共聚合反应的溶剂，发明人提出了上述技术方案并成功制备了多种结构的纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物。与已有公开的技术相比，本发明以纤维素而不是纤维素酯作为初始反应原料，且纤维素酯化和环状内酯单体开环接枝共聚合两步反应是在同一个反应容器中依次进行，操作方便、易行。更重要的是，本发明公开的制备路线无需分离中间产物-纤维素酯，采用“一锅法”直接由纤维素制备出纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物，生产工艺大大简化。

在上述方法中，通过控制两步反应中的每一步的反应条件，可以在较大范围内改变材料的化学组成(如酯基取代度、接枝的脂肪族聚酯取代度和聚合度)，以调节材料的性能，从而满足不同的使用要求。如在第一步纤维素酰化反应中，可以通过改变反应条件，如酰化剂用量，反应温度和反应时间，得到不同取代度的纤维素酯；在第二步进行环状内酯单体开环接枝共聚合时，可以通过改变反应条件，如单体用量、催化剂用量、反应温度和反应时间，使得到的纤维素酯接枝脂肪族聚酯共聚物中具有不同取代度和不同接枝链长的脂肪族聚酯。如发明人在本发明的研究中发现，对于所制备的纤维素醋酸酯接枝聚乳酸共聚物，当共聚物中的乙酰基的取代度为2时，聚乳酸的含量只需达到30～40％的时候，共聚物就能够熔融加工。这是由于乙酰基能够与接枝的聚乳酸协同共同破坏纤维素链间的氢键，从而提高了纤维素的加工性。由于乙酸酐的价格远远低于丙交酯，因此该方法的成本低于单纯在纤维素上接枝聚乳酸。

本发明中所用的纤维素可选自下述纤维素原料中的至少一种：棉浆粕，棉短绒，棉花，木浆纤维，木浆粕，竹浆粕，纤维素滤纸，脱脂棉，微晶纤维素，甘蔗渣，木材，植物秸秆以及从秸秆中制得的纤维素。为保证产品有合理的力学性能，所述纤维素的聚合度在150至2000之间较为合适。