纖維素硫酸酯的合成及其作為綠色膠黏劑的應(yīng)用研究.pdf

1、纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的天然高分子，自然界每年通過(guò)光合作用合成的纖維素達(dá)到2000億t，占植物界碳含量的50％以上，是地球上取之不盡用之不竭的可再生資源。纖維素硫酸酯是由纖維素分子上的羥基與硫?；Y(jié)合的產(chǎn)物，中和形成的纖維素硫酸酯鹽性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的成膜性能及粘結(jié)性能，纖維素硫酸酯還能與1～3價(jià)的金屬離子形成可溶性絡(luò)合物。因此，纖維素硫酸酯鹽是最具開(kāi)發(fā)潛力的水溶性纖維素衍生物。但由于現(xiàn)有纖維素硫酸酯合成方法需要大量使用質(zhì)子

2、性溶劑和縛酸劑，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、分離回收困難、生產(chǎn)成本高等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)瓶頸，導(dǎo)致纖維素硫酸酯化至今沒(méi)有工業(yè)產(chǎn)品，使這一最具應(yīng)用前景的產(chǎn)品未能實(shí)際應(yīng)用。本論文希望以下研究成果有助于破解困局:
　　(1)采用本課題組新發(fā)現(xiàn)的磺化體系SO3/DCE對(duì)纖維素或秸稈粉的硫酸酯化反應(yīng)進(jìn)行了深入的工藝包開(kāi)發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用研究，從易實(shí)施、產(chǎn)品性能佳的角度對(duì)纖維原料種類、物料含水量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、SO3用量、成鹽條件、堿種類及用量等工藝條件進(jìn)行了系

3、統(tǒng)優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品性能及使用效果進(jìn)行了大量應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了保證產(chǎn)品高性能并最大程度提高物料利用率和降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。在自已搭建的生物質(zhì)磺化中試平臺(tái)上成功制備出公斤級(jí)別的性能優(yōu)良的纖維素硫酸酯系列產(chǎn)品，證明了工藝工業(yè)化的可行性，同時(shí)利用13C NMR、IR、SEM、XRD、TGA、DS和Mw等手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和分析。
　　(2)立足于新工藝得到的產(chǎn)品作為粘膠劑的重點(diǎn)特性研究，對(duì)小試、中試產(chǎn)品的水溶性、醇溶性、成膜性、粘度特性以

4、及水溶液與金屬鹽的相容性等進(jìn)行了大量比較研究，證明了產(chǎn)品水溶性好，可獲得60％以上的高濃度水溶液，當(dāng)溶液中濃度達(dá)到20％以上時(shí)表現(xiàn)出膠體特性，具有很好的高分子性能，可以形成性能優(yōu)良、晶瑩剔透、質(zhì)地均勻和綠色環(huán)保的薄膜。研究發(fā)現(xiàn)羧甲基殼聚糖、硅酸鈉、硫酸亞鐵等有機(jī)、無(wú)機(jī)高分子或無(wú)機(jī)鹽的加入能夠顯著提高其粘度特性。
　　(3)綠色粘膠劑系列配方優(yōu)化及產(chǎn)品研發(fā)取得了重要突破。纖維硫酸酯的小試與中試產(chǎn)品、脲醛樹(shù)脂和聚乙烯醇的水溶液對(duì)木板、

5、金屬和玻璃的拉伸剪切強(qiáng)度比較研究發(fā)現(xiàn):纖維素硫酸酯鹽系列產(chǎn)品對(duì)木板、金屬和玻璃均具有很好的粘結(jié)效果，在等量的施膠量情況下，纖維素硫酸酯系列產(chǎn)品與脲醛樹(shù)脂具有同等的粘結(jié)強(qiáng)度，二者均大大強(qiáng)于聚乙烯醇的粘結(jié)強(qiáng)度。另外，鋅鹽、鎂鹽和羧甲基殼聚糖的加入可以顯著提高纖維素硫酸酯鹽的粘結(jié)強(qiáng)度。
　　(4)纖維素硫酸酯鹽系列產(chǎn)品的生產(chǎn)成本可低于2000元/t，生產(chǎn)成本僅為脲醛樹(shù)脂生產(chǎn)成本的一半或者三分之一，粘結(jié)性能可以提升二倍以上。因此，纖維硫（