一种利用微波技术制备棉秆源羧甲基纤维素钠的方法 【技术领域】
本发明涉及以棉秆为原料利用微波技术生产羧甲基纤维素钠的方法, 属于生物化工领域。 背景技术 新疆是我国特大型棉花生产基地, 棉花秸秆资源非常丰富。新疆棉秆年均产量约 5.4×106t, 各地棉区每年大面积棉花收获之后, 棉花秸秆往往被农民运回家当柴烧, 或者 丢弃在田间地头, 甚至焚烧, 直接燃烧能量利用率低, 田间焚烧又造成资源的严重浪费, 造 成环境污染和资源浪费。 目前可以利用的途径有棉秆切碎还田、 饲料加工、 造纸造板和食用 菌培养等, 但规模较小、 且由于技术落后等原因造成利用率也偏低。
羧甲基纤维素 ( 简称 CMC) 是一种具有醚类结构的天然高分子衍生物, 是由天然纤 维素与苛性碱及一氯醋酸反应后制得的一种阴离子型高分子化合物, 属于天然纤维素改性 产品, 广泛用于食品、 石油钻井、 纺织印染、 造纸和医药等行业。一直以来, 生产 CMC 的原料 为棉短绒, 但由于近年来棉短绒的紧缺和涨价, 国外纷纷开发非棉纤维为原料的 CMC 产品。
针对新疆棉秆资源, 利用微波加热技术制备羧甲基纤维素钠, 以满足新疆对棉秆 资源化应用的需求, 无论是对新疆棉花产业的发展, 还是对扩大羧甲基纤维素钠制备原料, 都具有十分重要的战略意义。
发明内容
本发明的目的在于利用微波加热技术对棉秆进行处理制备羧甲基纤维素钠, 生产 出满足要求的产品。
主要技术方案 : 微波加热制备棉秆源羧甲基纤维素钠主要包括三个步骤 : 棉秆预 处理去除半纤维素和木质素, 采用 12%的 NaOH、 固液比 1 ∶ 9、 微波功率 200W 条件下处理 6min ; 棉秆纤维素的碱化, 采用棉秆纤维素与碱化剂 NaOH 的质量比 1.0 ∶ 1.1、 微波功率 150W 条件下作用 2 ~ 3min ; 制备羧甲基纤维素钠的醚化过程, 采用棉秆纤维素与醚化剂氯 乙酸的质量比 1.0 ∶ 1.2、 微波功率 195W 条件下作用 1.6 ~ 2min。微波加热制备棉秆源羧 甲基纤维素钠的方法为 :
第一步 棉秆用蒸馏水洗涤 3 次, 80℃干燥至恒重, 粉碎, 过 80 目筛, 按照固液比 1 ∶ 9 加入 12%的 NaOH 溶液, 搅拌后置入带冷凝管的微波炉中, 200 ~ 250W 下处理 6min ;
第二步 第一步处理完后静置, 过滤, 在室温下用 10% NaClO 和 30% H2O2 漂白 1h, 静置过滤后用 5% HCl 酸化 10min, 蒸馏水洗涤至中性, 80℃干燥至恒重, 所的固体为棉秆纤 维素 ;
第三步 第二步所得固体与 95 %的乙醇混合, 加入三口烧瓶中搅拌均匀, 喷入 NaOH 溶液, 150W 碱化反应 2 ~ 3min ;
第四步 在第三步的三口烧瓶中加入氯乙酸水溶液, 搅拌均匀, 195W 醚化反应 1.6 ~ 2min ;第五步 完成第四步后三口烧瓶中加入 90%乙酸中和, 过滤, 90%的乙醇洗涤两 次, 无水乙醇洗涤一次、 抽滤后 80℃干燥得产品。
上述微波加热制备棉秆源羧甲基纤维素钠的方法中, 第三步中固体与 95%乙醇的 质量体积比为 1 ∶ 10, 固体与 NaOH 的质量比为 1.0 ∶ 1.0 ~ 1.0 ∶ 1.2。
上述微波加热制备棉秆源羧甲基纤维素钠的方法中, 第四步中加入氯乙酸的量与 固体质量比为 1.3 ∶ 1.0 ~ 1.1 ∶ 1.0。
本发明的优点在于 : 原料易得, 制备方法容易操作, 反应时间短, 微波辐射技术的 高选择性减少了副反应, 使棉秆得以有效转化利用。 具体实施方式
实施例 1 :
第一步 20g 棉秆用蒸馏水洗涤 3 次, 80℃干燥至恒重, 粉碎, 过 80 目筛, 按照固液 比 1 ∶ 9 加入 12%的 NaOH 溶液, 搅拌后置入带冷凝管的微波炉中, 200W 下处理 6min ;
第二步 第一步处理完后静置, 过滤, 在室温下用 10% NaClO 和 30% H2O2 漂白 1h, 静置过滤后用 5% HCl 酸化 10min, 蒸馏水洗涤至中性, 80℃干燥至恒重 ; 第三步 取第二步所得固体 10g 与 100mL95%的乙醇混合, 加入三口烧瓶中搅拌均 匀, 喷入 NaOH 溶液 (11g), 150W 碱化反应 2min ;
第四步 在第三步的三口烧瓶中加入氯乙酸水溶液 (12g), 搅拌均匀, 195W 醚化反 应 1.95min ;
第五步 完成第四步后三口烧瓶中加入 90%乙酸中和, 过滤, 90%的乙醇洗涤两 次, 无水乙醇洗涤一次、 抽滤后 80℃干燥得产品。
所得产品取代度 DS = 0.77, 1%水溶液的粘度为 486.0cps, 纯度为 92.0%。
实施例 2 :
第一步 20g 棉秆用蒸馏水洗涤 3 次, 80℃干燥至恒重, 粉碎, 过 80 目筛, 按照固液 比 1 ∶ 9 加入 12%的 NaOH 溶液, 搅拌后置入带冷凝管的微波炉中, 220W 下处理 6min ;
第二步 第一步处理完后静置, 过滤, 在室温下用 10% NaClO 和 30% H2O2 漂白 1h, 静置过滤后用 5% HCl 酸化 10min, 蒸馏水洗涤至中性, 80℃干燥至恒重 ;
第三步 取第二步所得固体 10g 与 100mL95%的乙醇混合, 加入三口烧瓶中搅拌均 匀, 喷入 NaOH 溶液 (11g), 150W 碱化反应 2min ;
第四步 在第三步的三口烧瓶中加入氯乙酸水溶液 (13g), 搅拌均匀, 195W 醚化反 应 2min ;
第五步 完成第四步后三口烧瓶中加入 90%乙酸中和, 过滤, 90%的乙醇洗涤两 次, 无水乙醇洗涤一次、 抽滤后 80℃干燥得产品。
所得产品取代度 DS = 0.74, 1%水溶液的粘度为 410.0cps, 纯度为 91.2%。
实施例 3 :
第一步 20g 棉秆用蒸馏水洗涤 3 次, 80℃干燥至恒重, 粉碎, 过 80 目筛, 按照固液 比 1 ∶ 9 加入 12%的 NaOH 溶液, 搅拌后置入带冷凝管的微波炉中, 250W 下处理 6min ;
第二步 第一步处理完后静置, 过滤, 在室温下用 10% NaClO 和 30% H2O2 漂白 1h, 静置过滤后用 5% HCl 酸化 10min, 蒸馏水洗涤至中性, 80℃干燥至恒重 ;
第三步 取第二步所得固体 10g 与 100mL95%的乙醇混合, 加入三口烧瓶中搅拌均 匀, 喷入 NaOH 溶液 (12g), 150W 碱化反应 3min ;
第四步 在第三步的三口烧瓶中加入氯乙酸水溶液 (11g), 搅拌均匀, 195W 醚化反 应 2min ;
第五步 完成第四步后三口烧瓶中加入 90%乙酸中和, 过滤, 90%的乙醇洗涤两 次, 无水乙醇洗涤一次、 抽滤后 80℃干燥得产品。
所得产品取代度 DS = 0.72, 1%水溶液的粘度为 416.0cps, 纯度为 91.8%。5