[发明专利]一种纤维素和长链脂肪酸的均相溶液制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素和长链脂肪酸的均相溶液制备方法，具体地说是一种将长链脂肪酸大量溶解在纤维素的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液中的方法。

背景技术

纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料，全世界每年可产生约5×10¹⁰吨的纤维素。相对于石化资源，纤维素具有可再生、价廉、可降解、对环境无污染等特点。但是由于纤维素分子间以及分子内极强的氢键作用、复杂的聚集态结构和较高的结晶度，使得纤维素不能在水和一般有机溶剂中溶解，也缺乏热可塑性，这对其成型加工极为不利，需要对其进行改性才能加以利用。

纤维素酯是一类重要的纤维素衍生物。相对于短链脂肪酸纤维素酯，长链脂肪酸纤维素酯的性能更加优良，主要表现在加工温度低，机械强度高，在非极性溶剂中的溶解性能优良，与疏水性聚合物具有很好的相容性，而且在不添加增塑剂的情况下即能加工成型，因此，其在生物降解塑料等方面具有广阔的应用前景。

纤维素由于存在大量分子内和分子间氢键导致的结晶性原纤结构而难溶于一般的溶剂，二甲基乙酰胺/氯化锂（DMAc/LiCl）溶剂体系能有效溶解纤维素，截至目前，人们已经在该体系下对纤维素进行了各种化学改性或接枝共聚，可以说该体系已成为一种常规溶解纤维素的方法，然而该溶剂体系并不能有效溶解化学改性或接枝共聚时加入的一些反应物，如长链脂肪酸等。

Sealey等（Sealey J E, Samaranayake G, Todd J G, et al. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 1996,34:1613-1620）指出极性相对较小的脂肪酸在极性二甲基乙酰胺/氯化锂溶液中的溶解性很差，即使将长链脂肪酸溶于二甲基乙酰胺后再加入二甲基乙酰胺/氯化锂溶液中还是会析出。

众多研究表明，二甲基乙酰胺/氯化锂溶液中LiCl浓度低于6%时就不能有效溶解纤维素，最适宜的浓度应该在8%～10%左右，然而在此浓度下的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液不能有效溶解长链脂肪酸。Edgar等（Edgar K J, Pecorini T J, Glasser W G. Chapter 3, in Cellulose Derivatives, 1998, 38-60）指出解决长链脂肪酸在二甲基乙酰胺/氯化锂体系下溶解问题的方法是将长链脂肪酸转变为酸酐或直接用长链脂肪酰氯，然而将长链脂肪酸转变为混合酸酐时工艺不易控制，直接用长链脂肪酰氯成本太高，不易普及。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种纤维素和长链脂肪酸的均相溶液制备方法。本发明方法不需要将长链脂肪酸转变为酸酐或酰氯就可以将其大量溶解在纤维素的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液中，有效避免了长链脂肪酸的析出对后续反应进程的影响；并且氯化锂的使用量减少一半，降低了成本。

本发明纤维素和长链脂肪酸的均相溶液制备方法，包括以下内容：

（1）配制2～4倍于目标纤维素浓度的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液；

（2）在上述溶液中滴加已加二甲基乙酰胺用量0.5～4倍，优选为1～3倍的极性有机溶剂作为稀释剂进行稀释，得到纤维素浓度为1wt%～4wt%的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液；

（3）将2～10倍，优选为3～8倍于纤维素所含脱水葡萄糖（AHG）摩尔量的长链脂肪酸溶于1～5倍，优选为1～3倍于长链脂肪酸用量的二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中，边搅拌边滴加到步骤（2）的溶液中，得到纤维素和长链脂肪酸的均相溶液。

本发明中，配制目标纤维素浓度的二甲基乙酰胺/氯化锂溶液可参照本领域已知的方法制备。如可采取以下方法制备：按照目标纤维素浓度称取一定量绝干纤维素，并加入二甲基乙酰胺，N₂保护下油浴加热到140～160℃搅拌1～8小时，然后降温到90～110℃，加入占二甲基乙酰胺8wt%～10wt%的无水氯化锂，搅拌1～6小时后停止加热，降至室温后搅拌1～12小时得到透明无析出的纤维素溶液。

本发明中，步骤（2）所述的极性有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮和三氯乙烷中的一种或几种。加入极性有机溶剂后，搅拌10～30min。

本发明中，长链脂肪酸是难溶于二甲基乙酰胺/氯化锂溶剂体系的C12～C20的长链脂肪酸，最好是月桂酸、十四烷酸、软脂酸、硬脂酸、二十烷酸等。

本发明具有如下优点：