CN102702392A

CN102702392A - 利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法

Info

Publication number: CN102702392A
Application number: CN2012101729927A
Authority: CN
Inventors: 任俊莉; 彭新文; 孙润仓; 王帅阳; 李慧玲
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法，包括以下步骤：将羧甲基木聚糖溶于水中，加入碱性催化剂，碱化反应后加入季铵化试剂，在一定功率的微波辐射下，进行亲核取代反应，粗产物经过冷却后分离提纯、洗涤、冷冻干燥，得到羧甲基木聚糖季铵盐。通过本发明制备的两性木聚糖大分子链上具有羧甲基基团和季铵基团，其中羧甲基取代度为0.49~0.90，季铵盐取代度为0.20~0.62。本发明的方法具有工艺简单、反应时间短、反应条件容易控制等优点。制备的两性羧甲基木聚糖季铵盐衍生物具有生物可降解性，改性后的半纤维素亲水性大大提高，可广泛应用于造纸、纺织、食品、污水处理等行业。

Description

利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法

技术领域

本发明属于化学产品及其制备技术领域，涉及羧甲基木聚糖季铵盐的制备方法，具体涉及一种利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法。

背景技术

半纤维素在木质纤维生物质中含量为25~35%，其中木聚糖是半纤维素复合多糖中最重要的成分之一。因此，有效利用数量巨大的木聚糖类型的半纤维素，将其转化成为具有工业意义的化学品、新材料、功能食品添加剂等，对实现工农业可持续性健康发展具有积极的意义。

近年来，在改性聚合物的研究方面，主要集中于新型功能聚合物的研究。阳离子木聚糖型半纤维素是以天然半纤维素为基本原料，经过碱化、醚化反应生成一种重要的新型功能聚合物，它具有可生物降解、无毒性、可再生、阳电性等特性。由于阳离子半纤维素分子中有一个带正电的基团，对带负电的物质具有亲合性，因此可以广泛应用于造纸、采矿、油田、化学品、污水处理等领域。

目前，国内外对季铵型阳离子半纤维素的开发与研究正处于起步阶段，特别是对季铵烷基半纤维素醚的研究报道甚少；并且对羧甲基木聚糖类型的半纤维素的研究较多，但是关于在同一半纤维素大分子链上引入羧基基团和季铵基团的研究较少。

羧甲基木聚糖季铵盐与木聚糖、羧甲基木聚糖及木聚糖季铵盐相比，具有更为稳定的水溶性、生物相容性并且安全无毒，在食品、造纸及污水处理行业具有较广阔的应用前景。

微波辐射法具有提高反应速率、降低反应温度，缩短反应时间等优点，已被广泛应用于化学产品的制备。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的不足，提供一种利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法，包括以下步骤：

（1）将羧甲基木聚糖溶于水中得到羧甲基木聚糖水溶液，加入催化剂，于20~40℃反应10~30 min；

（2）向步骤（1）得到的产物中加入季铵化试剂，在功率为200~400W的微波辐射下，于40~80℃反应10~50min；

（3）步骤（2）得到的产物经过冷却、用95%乙醇沉淀后过滤、洗涤、冷冻干燥，得到羧甲基木聚糖季铵盐。

本发明步骤（1）中，所述羧甲基木聚糖的取代度0.49~0.90，重均分子量为29500~34600 g·mol^-1。

步骤（1）中，所述羧甲基木聚糖水溶液的质量浓度为2~5%。

步骤（1）中，所述催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠。

本发明步骤（2）中，所述季铵化试剂为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。

本发明步骤（1）中，所述催化剂与羧甲基木聚糖的摩尔比为（0.4 ~1.6）:1。

本发明步骤（2）中，所述季铵化试剂与羧甲基木聚糖的摩尔比为（1~6）:1。

本发明所述羧甲基木聚糖季铵盐的重均分子量为16500~30000 g·mol^-1，其中羧甲基取代度为0.49~0.90，季铵盐取代度为0.20~0.62。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）本发明的方法利用微波辐射，具有耗时少、效率高、反应温度低、操作简单等优点，降低了生产成本，有利于羧甲基木聚糖季铵盐制备的工业化推广；

（2）通过本发明制备的羧甲基木聚糖季铵盐衍生物的木聚糖大分子链上同时具有羧甲基和季铵基团，具有生物可降解性，改性后的半纤维素亲水性大大提高，可广泛应用于造纸、纺织、食品、污水处理等行业。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限与此。

实施例1

（1）将 1 g取代度为0.49的羧甲基木聚糖（分子量为34600 g·mol^-1）溶于49g水中得到质量浓度为2%的羧甲基木聚糖溶液，向其中加入2.5g NaOH，磁力搅拌状态下于20℃碱化30min；

（2）再加入1g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后放入微波辐射反应器进行反应，微波输出功率为200 W，辐射时间为50 min，反应温度为60℃；

（3）向上述得到的产物中加入95%乙醇沉淀，过滤出的沉淀物用水洗涤3次，透析至无Cl^-离子，冷冻干燥得到羧甲基木聚糖季铵盐。

经检测，所得羧甲基木聚糖季铵盐产物的羧甲基取代度为0.49，季铵基团的取代度为0.23，重均分子量为24300 g·mol^-1。

实施例2

（1）将 1 g取代度为0.65的羧甲基木聚糖（分子量为33500 g·mol^-1）溶于32g水中得到质量浓度为3%的羧甲基木聚糖溶液，向其中加入1.25g NaOH，磁力搅拌状态下于30℃碱化20min；

（2）再加入0.17g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后放入微波辐射反应器进行反应，微波输出功率为300 W，辐射时间为30 min，反应温度为70℃；

经检测，所得羧甲基木聚糖季铵盐产物的羧甲基取代度为0.65，季铵基团的取代度为0.53，重均分子量为20200 g·mol^-1。

实施例3

（1）将 1 g取代度为0.90的羧甲基木聚糖（分子量为29500 g·mol^-1）溶于19g水中得到质量浓度为5%的羧甲基木聚糖溶液，向其中加入0.625g KOH，磁力搅拌状态下于40℃碱化10min；

（2）再加入0.33g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后放入微波辐射反应器进行反应，微波输出功率为400 W，辐射时间为10 min，反应温度为80℃；

经检测，所得羧甲基木聚糖季铵盐产物的羧甲基取代度为0.90，季铵基团的取代度为0.27，重均分子量为16500g·mol^-1。

Claims

1.利用微波辐射快速制备两性羧甲基木聚糖季铵盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）向步骤（1）得到的产物中加入季铵化试剂，在功率为200~400 W的微波辐射下，于40~80℃反应10~50 min；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述羧甲基木聚糖的取代度0.49~0.90，重均分子量为29500~34600 g·mol^-1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述羧甲基木聚糖水溶液的质量浓度为2~5%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述季铵化试剂为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述催化剂与羧甲基木聚糖的摩尔比为（0.4~1.6）:1。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述季铵化试剂与羧甲基木聚糖的摩尔比为（1~6）:1。

8.根据权利要求1~7之一所述的方法，其特征在于，所述羧甲基木聚糖季铵盐的重均分子量为16500~30000 g·mol^-1，其中羧甲基取代度为0.49~0.90，季铵盐取代度为0.20~0.62。