天然衍生的混合纖維素酯及其相關(guān)方法
【專利說(shuō)明】天然衍生的混合纖維素酯及其相關(guān)方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及衍生自天然產(chǎn)物的混合纖維素酯及其相關(guān)方法。
[0002] 纖維素酯，和最常見(jiàn)的乙酸纖維素，用于多種應(yīng)用，包括紡織品纖維、香煙過(guò)濾嘴、 塑料、膜和漆料。一般，乙酸纖維素為通過(guò)使用乙酸酐和乙酸酯化纖維素（例如，來(lái)自木漿 的纖維素）獲得的半合成聚合物。對(duì)于高級(jí)碳酯，可以使用高級(jí)碳酸（例如丙酸和丁酸）。
[0003] 因?yàn)槠渚透倪M(jìn)的加工性質(zhì)和最終產(chǎn)物特征而言的潛力，長(zhǎng)鏈纖維素酯（例如，大 于約4個(gè)碳的鏈長(zhǎng)度）具有商業(yè)興趣。例如，長(zhǎng)鏈纖維素酯可以具有較低的熔點(diǎn)和在極性 較小的溶劑中增加的溶解性。此外，一旦處于最終產(chǎn)物（例如，流延后的膜）的形式，沖擊 強(qiáng)度可以大于短鏈纖維素酯。然而，長(zhǎng)鏈纖維素酯合成通常使用純化的反應(yīng)物，其產(chǎn)生具有 一定結(jié)晶度（例如，多糖排列）的長(zhǎng)鏈纖維素酯，其減少了性質(zhì)受到影響的程度。即，熔點(diǎn) 不隨著結(jié)晶度一樣多地降低，并且其它性質(zhì)也是類似的。
[0004] 具體說(shuō)明
[0005] 本發(fā)明涉及衍生自天然產(chǎn)物的混合纖維素酯及其相關(guān)方法。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了衍生自天然反應(yīng)物的混合纖維素酯，所述天然 反應(yīng)物例如，天然纖維素來(lái)源和天然酯化反應(yīng)物（例如，玉米油脂肪酸）。天然酯化反應(yīng)物 可以具有脂肪酸碳鏈長(zhǎng)度的混合，其可以產(chǎn)生具有降低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較低的熔融溫 度的纖維素酯。不受限于理論，據(jù)信相比于來(lái)自純化形式的長(zhǎng)鏈纖維素酯，酯的混合鏈長(zhǎng)度 可以進(jìn)一步抑制多糖結(jié)晶，其可以有利地進(jìn)一步降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和降低熔融溫度。
[0007] 衍生自天然反應(yīng)物的混合纖維素酯作為粘合劑、塑料、涂料、膜等等中的熔體可加 工的纖維素酯可以是特別有用的。
[0008] 此外，本文描述的纖維素酯的性質(zhì)（例如，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)和溶解度）可以 取決于就天然酯化反應(yīng)物而言的來(lái)源或來(lái)源的混合。因此，可以使用天然酯化反應(yīng)物的混 合物調(diào)節(jié)纖維素酯性質(zhì)。
[0009] 此外，本文描述的纖維素酯可以具有環(huán)境益處。例如，在降解時(shí)，纖維素酯可以，至 少部分地，復(fù)原回其天然反應(yīng)物。此外，天然酯化反應(yīng)物的使用可以允許制造商利用其它制 造工藝的廢物流。
[0010] 應(yīng)該注意當(dāng)本文中參照數(shù)字列表中的數(shù)字使用"約"時(shí)，術(shù)語(yǔ)"約"修飾了數(shù)字列 表中的每個(gè)數(shù)字。應(yīng)該注意在范圍的一些數(shù)字列表中，列出的一些下限可以大于列出的一 些上限。本領(lǐng)域技術(shù)人員將要認(rèn)識(shí)到所選擇的子集將要要求選擇超過(guò)所選下限的上限。
[0011] -些實(shí)施方案可以涉及用天然酯化反應(yīng)物或其衍生物酰化纖維素。在一些實(shí)施方 案中，乙?；梢酝ㄟ^(guò)以下的至少一種進(jìn)行：Fischer酯化、酶促酯化、酰基氯酯化、活化酰 化等等。天然酯化反應(yīng)物的衍生物可以包括皂化的天然酯化反應(yīng)物。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，纖維素可以未衍生的纖維素或衍生的纖維素（例如，乙酸纖 維素）。在一些實(shí)施方案中，纖維素可以衍生自天然纖維素來(lái)源。天然纖維素來(lái)源的實(shí)例 可以包括但不限于，軟木、硬木、棉絨、柳枝稷、竹、甘蔗渣、工業(yè)大麻、柳、白楊木、多年生草 (例如，Miscanthus科的草）、細(xì)菌纖維素、種子殼（例如，大豆）、再生的纖維素等等，和其 任何組合。
[0013] 天然酯化反應(yīng)物的實(shí)例可以包括但不限于，從例如以下的植物和種子油提取的脂 肪酸：玉米、亞麻子、大麻，大豆，油菜、椰子、可可、棕櫚、棉籽、葡萄籽、杏仁、花生、橄欖等 等，和其任何組合。衍生自天然衍生的脂肪酸的組成的實(shí)例提供在表1中。應(yīng)該注意的是 這些是示例性實(shí)例，天然衍生的脂肪酸混合物的確切組成可以不同，例如，取決于確切的來(lái) 源和提取技術(shù)。
[0014] 表 1
[0015]
[0016] 在一些實(shí)施方案中，兩種或更多種天然酯化反應(yīng)物的混合物可以用于合成本文描 述的天然纖維素酯。在一些實(shí)施方案中，天然本文描述的纖維素酯可以包含用具有不同的 碳鏈長(zhǎng)度的多個(gè)酯衍生的纖維素。在一些實(shí)施方案中，不同的鏈長(zhǎng)度可以對(duì)應(yīng)于天然脂肪 酸的鏈長(zhǎng)度分布。
[0017] 在一些實(shí)例中，本文描述的天然纖維素酯的性質(zhì)可以尤其取決于天然纖維素酯所 衍生自的纖維素來(lái)源。不受限于理論，據(jù)信其它組分，例如，木質(zhì)素和/或半纖維素，及其在 各種纖維素來(lái)源中的濃度導(dǎo)致了衍生自其的天然纖維素酯的不同性質(zhì)。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以具有如下的取代度：從約0. 2、 〇. 5或1的下限到約3、2. 7、2. 2、2或1. 5的上限，并且其中取代度可以從任何下限到任何上 限并且包含其間任何子集。取代度可以尤其取決于反應(yīng)路徑、反應(yīng)物（例如，纖維素和天然 酯化反應(yīng)物）的濃度、反應(yīng)物的組成、反應(yīng)條件（例如，溫度、壓力、時(shí)間等等）等等，和其任 何組合。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以具有如下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (例如，通過(guò)03(：測(cè)量的） ：從約-55°(：、-35°(：、0°(：、10°(：、30°(：、60°(：、80°(：或100°(：的下限 到約170°C、150°C或130°C的上限，并且其中取代度可以從任何下限到任何上限并且包含 其間任何子集。取代度可以尤其取決于，反應(yīng)路徑、反應(yīng)物（例如，纖維素和天然酯化反應(yīng) 物）的濃度、反應(yīng)物的組成（例如，天然酯化反應(yīng)物的組成）、反應(yīng)物的性質(zhì)（例如，纖維素 的分子量）、反應(yīng)條件（溫度、壓力、時(shí)間等等）、纖維素來(lái)源等等，和其任何組合。
[0020] 在一些實(shí)施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以不具有真正熔融溫度。如本文 所用的，術(shù)語(yǔ)"熔融溫度"是指聚合物鏈從結(jié)晶結(jié)構(gòu)過(guò)渡到非結(jié)晶結(jié)構(gòu)所處的溫度。即，本 文描述的天然纖維素酯的結(jié)晶度可以如此地受到干擾，以至于熔點(diǎn)可以是通過(guò)差示掃描量 熱法（"DSC"）不可觀察到的。
[0021] 在一些實(shí)施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以用于例如以下的至少一種的產(chǎn) 品：纖維素酯纖維、纖維素酯纖維絲束、紡織品纖維、香煙過(guò)濾嘴、塑料、膜、模制制品、分層 的制品、化妝品、漆料、粘合劑等等。
[0022] 本文公開(kāi)的實(shí)施方案包括：
[0023] A :方法，其包括用天然酯化反應(yīng)物或其衍生物?；w維素以產(chǎn)生天然纖維素酯；
[0024] B :天然纖維素酯，其包含用具有不同的碳鏈長(zhǎng)度的多個(gè)酯衍生的纖維素，所述具 有不同的碳鏈長(zhǎng)度的多個(gè)酯基本上對(duì)應(yīng)于天然脂肪酸的鏈長(zhǎng)度分布；和
[0025] C :產(chǎn)品，其包含實(shí)施方案B的天然纖維素酯。
[0026] 實(shí)施方案A可以具有以下另外要素的一者或多者的任何組合：要素 1 :通過(guò) Fischer酯化、酶促酯化、?；弱セ突罨；闹辽僖环N進(jìn)行的?；?；要素2 :衍生物是 皂化的天然酯化反應(yīng)物；和要素3:包含從選自植物、種子、玉米、亞麻子、大麻，大豆，油菜、 椰子、可