CN113880967A - 一种阳离子型半纤维素溶液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异相体系阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其组分包括氧化剂、有效量的催化剂和还原剂，以及交联剂,其制备方法是以从蔗渣中提取的半纤维素为原料、季铵试剂为醚化试剂、NaoH为催化剂，在乙醇体系中，通过醚化反应制备的低取代度，水溶性好，白色粉末状的阳离子型半纤维素。本发明利用季铵化反应能够增加半纤维素的水溶性、得率及其阳离子性或两性离子性等特性。得到低取代度，稳定性好，干粉储存稳定性好，并且阳离子型半纤维素除了对纸张有很好的增强作用外，还有很好的辅助施胶效果，为其成为新型的可降解聚合物提供很大的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及半纤维素溶液的制备技术领域，尤其涉及一种阳离子型半纤维素溶液的制备方法及相关
背景技术
虽然半纤维素广泛分布于植物中，但是因为结构的复杂性限制了它们在工业中的应用。半纤维素具有两个显著特点：(1)半纤维素的溶解性存在显著的不同，含有一个或两个游离羟基的天然半纤维素是亲水性的，而合成的半纤维素聚合物通常是疏水性的。(2)半纤维素的化学和分子结构也各不相同，例如，分枝的、无定形的、由不同单糖组成(异聚糖)和不同的功能基组成(例如，羟基，乙酸基，甲氧基)等等。这两个特点导致半纤维素在化学行为上与纤维素和淀粉不同，从而限制了其在工业上的应用。然而，这些缺点能够通过改性，如羟基的氧化、水解、还原、醚化、酯化及交联等方法来克服。
半纤维素与低分子醇类相似，半纤维素上的羟基可与酸反应生成半纤维素酯，与烷基化试剂反应生成半纤维素醚。半纤维的醚化与酯化是最重要的半纤维衍生化反应，这将为最大限度开发半纤维素不为人知的宝贵特性提供必要条件，为其成为一种新型的可降解聚合物提供很大的应用空间。
季铵化反应能够增加半纤维素的水溶性、得率及其阳离子性或两性离子性等特性。通过半纤维素羟基的醚化反应来增加半纤维素的水溶性、阳电性、疏水性、表面活性等特性，将在制药、污水处理、造纸助剂、热塑性材料、食品添加剂方面具有很大的应用潜力。
纸浆中保留或加入半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为半纤维素比纤维素更容易水化润胀，半纤维素吸附到纤维素上，增加了纤维的润胀和弹性，主要造成纤维精磨而不是被切断，因此能够降低打浆能耗，得到理想的纸浆强度。另外，短时间内打浆，加入半纤维素能够改善浆的性能(更好的成型和更快的滤水)。总之，在低成本、高速纸机上能够得到较好强度的纸张。
半纤维素具有亲水性能，这将造成细胞壁的润胀，可赋予纤维弹性。在纸页成型过程中有利于纤维的构造和纤维间的结合。因此，半纤维素的加入影响了表面纤维的吸附，对纸张强度有较大影响。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题提出了一种异相体系下阳离子型半纤维素粉末的制备方法：首先，我们将半纤维素溶解后，经过碱化将碱化后的半纤维素在乙醇体系下与阳离子醚化剂进行醚化反应。按这种方法生产出的阳离子型半纤维素溶液不仅应用性能优越，而且能大幅度降低生产成本；同时，反应条件温和易于控制，产品质量好，更易于保存。
为了实现上述技术目的，本发明所采取的技术措施为：
一、在恒温水浴中装设具有电动搅拌器的三口烧瓶，将一定量的半纤维素粉末连同部分水加入烧瓶中，在60℃溶解30min确保半纤维素完全溶解。
二、向里面加入适量的膨松剂，搅拌均匀后均分成两份。
三、将两份半纤维素溶液降温，向其中一份中加入强氧化剂作剪切剂和引发剂，再加入一定量乙醇与水的混合液及液碱作催化剂，使其在碱性环境中反应1h，记作E1；向另一份半纤维素溶液中加入同E1中等量的乙醇和水的混合液及液碱，也同样反应1h，记作E2。
四、向E1中加入适量的还原剂，将多余的氧化剂除去，记作E3；然后将E3加入到E2中混合均匀，混合后的乳液记作E4。
五、再向E4中加入一定量的阳离子醚化剂，60℃条件下持续反应4-8h，记作E5。
六、向E5中加入适量交联剂，在60℃条件下保温2h，记作E6。
七、交联反应结束后，加入适量的酸调PH，然后降温至40℃。
八、降温结束后，向釜内加入适量杀菌剂。
九、降温至室温，经过过滤、乙醇洗涤至AgN03溶液检测滤液无白色沉淀为止，得到的沉淀进行干燥，得到浅黄色粉末状阳离子型半纤维素。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以便更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例一
在四口烧玻璃反应釜中加入半纤维素粉末和去离子水并不断搅拌，向里面加入适量NaCl，搅拌速度450r/min，搅拌均匀后均分成两份。将两份半纤维素溶液升温到60℃，向其中一份中加入强氧化剂作剪切剂和引发剂，再加入一定量乙醇与水的混合液及液碱作催化剂，使其在碱性环境中反应1h，使其在碱性环境中反应1h，记作E1；向另一份半纤维素溶液中只加入同E1中等量的液碱，也同样反应1h，记作E2。向E1中加入适量的还原剂，将多余的氧化剂除去，记作E3；然后将E3加入到E2中混合均匀，混合后的溶液记作E4；再向E4中阳离子醚化剂，60℃条件下持续反应4-8h，记作E5。向E5中加入适量交联剂，在60℃条件下保温2h，记作E6。交联反应结束后，加入适量的酸调节PH至6.5，然后降温至40℃。降温结束后，向里面加入适量杀菌剂。降温至室温，经过过滤、乙醇洗涤至AgN03溶液检测滤液无白色沉淀为止，得到的沉淀进行干燥，得到浅黄色粉末状阳离子型半纤维素。
本实施例中各个组分具体数值如下：
半纤维素：130g
去离子水：300g
NaCl：0.15g
3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵：18g
NaOH溶液：22g
乙醇水溶液：750g
过硫酸铵：0.66g
亚硫酸钠：0.3g
硫酸：4g
苯并异噻唑啉酮2.2g
实施例二
在四口烧玻璃反应釜中加入半纤维素粉末和去离子水并不断搅拌，向里面加入适量NaCl，搅拌速度450r/min，搅拌均匀后均分成两份。将两份半纤维素溶液升温到60℃，向其中一份中加入强氧化剂作剪切剂和引发剂，再加入一定量乙醇与水的混合液及液碱作催化剂，使其在碱性环境中反应1h，使其在碱性环境中反应1h，记作E1；向另一份半纤维素溶液中只加入同E1中等量的液碱，也同样反应1h，记作E2。向E1中加入适量的还原剂，将多余的氧化剂除去，记作E3；然后将E3加入到E2中混合均匀，混合后的溶液记作E4；再向E4中阳离子醚化剂，60℃条件下持续反应4-8h，记作E5。向E5中加入适量交联剂，在60℃条件下保温2h，记作E6。交联反应结束后，加入适量的酸调节PH至6.5，然后降温至40℃。降温结束后，向里面加入适量杀菌剂。降温至室温，经过过滤、乙醇洗涤至AgN03溶液检测滤液无白色沉淀为止，得到的沉淀进行干燥，得到浅黄色粉末状阳离子型半纤维素。
本实施例中各个组分具体数值如下：
半纤维素：140g
去离子水：300g
NaCl：0.15g
3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵：20g
NaOH溶液：24g
乙醇水溶液：750g
次氯酸钠：1g
亚硫酸氢钠：0.2g
盐酸：2g
苯并异噻唑啉酮1.5g
实施例三
在四口烧玻璃反应釜中加入半纤维素粉末和去离子水并不断搅拌，向里面加入适量NaCl，搅拌速度450r/min，搅拌均匀后均分成两份。将两份半纤维素溶液升温到60℃，向其中一份中加入强氧化剂作剪切剂和引发剂，再加入一定量乙醇与水的混合液及液碱作催化剂，使其在碱性环境中反应1h，使其在碱性环境中反应1h，记作E1；向另一份半纤维素溶液中只加入同E1中等量的液碱，也同样反应1h，记作E2。向E1中加入适量的还原剂，将多余的氧化剂除去，记作E3；然后将E3加入到E2中混合均匀，混合后的溶液记作E4；再向E4中阳离子醚化剂，60℃条件下持续反应4-8h，记作E5。向E5中加入适量交联剂，在60℃条件下保温2h，记作E6。交联反应结束后，加入适量的酸调节PH至6.5，然后降温至40℃。降温结束后，向里面加入适量杀菌剂。降温至室温，经过过滤、乙醇洗涤至AgN03溶液检测滤液无白色沉淀为止，得到的沉淀进行干燥，得到浅黄色粉末状阳离子型半纤维素。
本实施例中各个组分具体数值如下：
半纤维素：150g
去离子水：300g
NaCl：0.15g
3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵：26g
NaOH溶液：25g
乙醇水溶液：750g
次氯酸钠：1.1g
冰醋酸：5.0g
氯化三乙或三丁基锡：1.1g
将本发明所制备的阳离子型半纤维素溶液与对比样(市售阳离子淀粉)进行等干助留应用试验，应用试验效果见下表。
通过以上应用实验结果表明，本发明所制备的新型粉末状阳离子型半纤维素的助留效果要好于对比样品的助留效果。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在恒温水浴中装设具有电动搅拌器的三口烧瓶，将一定量的半纤维素粉末连同部分水加入烧瓶中，在60℃溶解30min确保半纤维素完全溶解。
步骤二：向里面加入适量的膨松剂，搅拌均匀后均分成两份；
步骤三：将两份半纤维素溶液降温，向其中一份中加入强氧化剂作剪切剂和引发剂，再加入50％浓度乙醇水混合液及液碱作催化剂，使其在碱性环境中反应1h，记作E1；向另一份半纤维素溶液中加入同E1中等量的乙醇和水的混合液及液碱，也同样反应1h，记作E2；
步骤四：向E1中加入适量的还原剂，将多余的氧化剂除去，记作E3；然后将E3加入到E2中混合均匀，混合后的乳液记作E4；
步骤五：再向E4中加入12％-18％阳离子醚化剂，60℃条件下持续反应4-8h，记作E5；
步骤六：向E5中加入适量交联剂，在60℃条件下保温2h，记作E6；
步骤七：交联反应结束后，加入适量的酸调PH，然后降温至40℃；
步骤八：降温结束后，向釜内加入适量杀菌剂；
步骤九：降温至室温，经过过滤、乙醇洗涤至AgN03溶液检测滤液无白色沉淀为止，得到的沉淀进行干燥，得到浅黄色粉末状阳离子型半纤维素。
2.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤二中所述抗膨胀剂为硫酸钠或氯化钠的一种或几种；所述纤维素选自半纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤三中所述液碱为NaOH溶液，所述强氧化剂选自双氧水，过硫酸铵、过硫酸钠、次氯酸钠的一种或几种，所述乙醇为工业级酒精。
4.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤四中所述还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或硫化钠的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤五中所述醚化剂为3-氯-2-烃丙基三甲基氯化铵或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。
6.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤六中所述交联剂为环氧氯丙烷、三偏磷酸钠中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤七中pH调节剂调节pH值至6.5-7.5，所述pH调节剂选自柠檬酸、盐酸、硫酸或醋酸。
8.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述步骤八中杀菌剂为三丁基氯化锡、苯并异噻唑啉酮。
9.根据权利要求1所述的一种阳离子型半纤维素干粉的制备方法，其特征在于，所述半纤维素和水的质量比为0.40-0.5:1；液碱占半纤维素的质量比为0.17:1；乙醇与水的体积比为5:2；氧化剂占半纤维素的质量比为0.002-0.007:1；杀菌剂占半纤维素的质量比为0.007-0.01:1。
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