一種具有較低聚合度的纖維素及其制備方法
【專利說(shuō)明】一種具有較低聚合度的纖維素及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于纖維素技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有較低聚合度的纖維素及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】纖維素來(lái)源廣泛，具有可再生和生物相容性。在天然纖維素中，聚合度可達(dá)10000左右；再生纖維素的聚合度根據(jù)處理?xiàng)l件的不同通常為200?800，由于聚合度較高的纖維素具有較高的機(jī)械性能，因此在工業(yè)應(yīng)用中主要使用的是聚合度較高的纖維素。但是，對(duì)于纖維素的溶解過(guò)程，以及分子間與分子內(nèi)的相互作用來(lái)說(shuō)，高聚合度纖維素很難能探討清楚其機(jī)理。另外，聚合度較高的高分子分子鏈比較長(zhǎng)，反應(yīng)活性會(huì)大大降低。因此，要解決上述現(xiàn)象，制備聚合度低于200的纖維素是非常必要的。它對(duì)于分析聚合物和溶劑，聚合物和聚合物之間的相互作用是非常適合的。目前，聚合度為220的微晶纖維素是市場(chǎng)上可以買到的具有最低聚合度的纖維素，傳統(tǒng)的制備低聚合度纖維素的方法是利用聚合度為220的微晶纖維素通過(guò)鹽酸酸解來(lái)得到，但得到的樣品中含有低聚糖，并且產(chǎn)率較低。也有人利用化學(xué)合成的方法來(lái)得到，但同樣面臨產(chǎn)率較低的問(wèn)題。
[0004]因此，尋求一種能大量制備低聚合度纖維素的方法具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種具有低聚合度的纖維素及其制備方法，解決了現(xiàn)有的纖維素聚合度高不適于研究其溶解機(jī)理以及分子間或分子內(nèi)作用力的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:
一種具有較低聚合度纖維素的制備方法，包括如下步驟:
1)將微晶纖維素、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸、水按照質(zhì)量比為(1~5): (20-100):1混合，在溫度為25-39°C條件下攪拌6h-14d，得到透明溶液；
2)取步驟1)得到的透明溶液用水沉淀、過(guò)濾得到固體樣品；
3)將步驟2)得到的固體樣品用堿中和后水洗至中性，并干燥、研磨，即得粉末樣品。
[0007]優(yōu)選的，步驟1)中所述溫度為30°C。
[0008]優(yōu)選的，還包括在步驟1)前將微晶纖維素置于50_70°C的真空干燥箱中干燥20-30小時(shí)。進(jìn)一步的，將微晶纖維素置于60 °C的真空干燥箱中干燥24小時(shí)。
[0009]
優(yōu)選的，還包括在步驟3)后對(duì)步驟3)中所述粉末樣品在100°C的水中攪拌l_2h洗滌，過(guò)濾得到固體樣品，并用丙酮洗滌，干燥。進(jìn)一步的，所述攪拌時(shí)間為lh。進(jìn)一步的，所述丙酮洗滌次數(shù)為3-5次，至少3次。
[0010]進(jìn)一步的，以上所述水為去離子水。
[0011]優(yōu)選的，根據(jù)所述較低聚合度纖維素的聚合度大小確定步驟1)中所述攪拌時(shí)間。
[0012]具體的，當(dāng)攪拌時(shí)間為6h，得到聚合度為160的纖維素；當(dāng)攪拌時(shí)間為12h，得到聚合度為120的纖維素；當(dāng)攪拌時(shí)間為18h，得到聚合度為100的纖維素；當(dāng)攪拌時(shí)間為4d，得到聚合度為50的纖維素；當(dāng)攪拌時(shí)間為8d，得到聚合度為30的纖維素；當(dāng)攪拌時(shí)間為14d，得到聚合度為15的纖維素。所得纖維度的聚合度隨著降解時(shí)間的延長(zhǎng)，聚合度降低。
[0013]優(yōu)選的，所述微晶纖維素、質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸和水的質(zhì)量比為2:30:1。
[0014]優(yōu)選的，步驟3)中所述堿為碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。
[0015]本發(fā)明保護(hù)根據(jù)上述一種具有較低聚合度纖維素的制備方法得到的具有較低聚合度的纖維素。
[0016]優(yōu)選的，所述纖維素的聚合度小于200。
[0017]具體的，所述纖維素的聚合度的測(cè)定按照GB5888-86《苧麻纖維素聚合度測(cè)定方法》之規(guī)定進(jìn)行。
[0018]進(jìn)一步的，所述粉末樣品聚合度的測(cè)試所用溶劑為銅乙二胺，得到的纖維素粉末樣品的聚合度為15-160。
[0019]具體的，所述不同聚合度纖維素的相對(duì)結(jié)晶度在60%_90%之間，分子量分布范圍為 1.1-1.5o
[0020]優(yōu)選的，所述纖維素的聚合度為160，120，100，50，30或15。
[0021]有益效果:
1)本發(fā)明的方法可以通過(guò)調(diào)節(jié)降解反應(yīng)時(shí)間，制備不同聚合度的纖維素，從而為探索纖維素的結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他需要低聚合度纖維素的研究或物質(zhì)提供了可能。
[0022]2)本發(fā)明的方法得到的不同聚合度的纖維素分子量分布較窄，所得纖維素比較均一，不含有低聚糖成分。
[0023]3)本發(fā)明的方法得到的不同聚合度的纖維素相對(duì)結(jié)晶度在60%_90%之間，相對(duì)較尚ο
[0024]4)本發(fā)明的方法制備低聚合度纖維素降解充分，產(chǎn)率較高，可達(dá)到90%左右，同時(shí)制備工藝簡(jiǎn)單，并且降解反應(yīng)溫度溫和，不需要傳統(tǒng)的高溫降解，降低了能源消耗，有效的節(jié)約了成本，方便實(shí)驗(yàn)室少量化或工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0025]
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的聚合度為160的纖維素的XRD譜圖。
[0027]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的聚合度為120的纖維素的XRD譜圖。
[0028]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的聚合度為100的纖維素的XRD譜圖。
[0029]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例4的聚合度為50的纖維素的XRD譜圖。
[0030]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例5的聚合度為30的纖維素的XRD譜圖。
[0031]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例6的聚合度為15的纖維素的XRD譜圖。
[0032]
具體實(shí)施例
[0033]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。
[0034]下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0035]實(shí)施例1
1)將250ml濃硫酸(450g)與15ml去離子水混合，置于圓底燒瓶中，將30g微晶纖維素(其中微晶纖維素已在60°C的真空干燥箱里干燥24h)緩慢加入燒瓶中，在30°C下攪拌反應(yīng)至溶液開(kāi)始澄清，反應(yīng)時(shí)間分別為6h，將混合溶液用去離子水沉淀，過(guò)濾得到固體樣品；
2)將所述固體樣品先用碳酸鈉溶液中和，然后分散在去離子水中，反復(fù)洗滌至中性，離心過(guò)濾，在60°C下干燥、研磨得到粉末樣品；
3)對(duì)得到的粉末樣品在100°C的去離子水中攪拌洗滌lh，過(guò)濾得到固體樣品，并用丙酮洗滌3次，干燥得到分散性良好的粉末樣品；
4)對(duì)得到的分散性良好的粉末樣品的聚合度的測(cè)定按照GB5888-86《苧麻纖維素聚合度測(cè)定方法》之規(guī)定進(jìn)行。得到的纖維素粉末樣品的聚合度為160，產(chǎn)率為86%，測(cè)試分子量分布是1.46，接近1，說(shuō)明聚合度是比較均一的，檢測(cè)無(wú)低聚糖產(chǎn)生，如圖1所示，其中XRD譜圖中12.3、19.9,21.9處均為纖維素II的標(biāo)準(zhǔn)晶峰。
[0036]實(shí)施例2
1)將250ml濃硫酸(450g)與15ml去離子水混合，置于圓底燒瓶中，將30g微晶纖維素(其中微晶纖維素已在70°C的真空干燥箱里干燥20h)緩慢加入燒瓶中，在35°C下攪拌反應(yīng)至溶液開(kāi)始澄清，反應(yīng)時(shí)間為12h。將混合溶液用去離子水沉淀，過(guò)濾得到固體樣品；
2)將固體樣品先用碳酸鈉溶液中和，然后分散在去離子水