蔗渣和麦草半纤维素分离、改性及其应用

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1、论文中英文摘要作者姓名：任俊莉论文题目：蔗渣和麦草半纤维素分离、改性及其应用作者简介：任俊莉，女，1978年4月出生，2004年9月师从于华南理工大学孙润仓教授，于2008年6月获博士学位。中文摘要随着石油等化石资源储量的逐渐减少，以农业废弃物等可再生资源为原料生产化工新材料，用来补充和替代以石油为原料的化工产品，正成为一种新的发展趋势。很多国家特别是发达国家已将此列为经济和社会发展的重大战略。对我国这样一个化石资源短缺、人口众多、经济持续快速发展的大国，推动农林废弃物的高效转化利用，具有更突出的迫切性，这将是我国新世纪的工业结构调整与升级的重点战略。本论文以高附加值利

2、用的农业废弃物蔗渣和麦草秸秆可再生资源为出发点，系统地研究了蔗渣和麦草秸秆半纤维素的分离以及结构鉴定，在此基础上研究了分离得到的半纤维素的醚化反应和酯化反应如：季铵化反应、羧基化反应、均相乙酰化反应以及月桂酰化反应等；并对得到的半纤维素衍生物作为湿部助剂在造纸中的应用做了初步探讨，得到的结论如下：1.提出了以蔗渣半纤维素为原料，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化氨(CHMAC)为反应试剂、乙醇/水为反应介质，在碱的作用下合成出水溶性好、取代度低的阳离子型半纤维素聚合物的方法。系统地研究了碱的加入方法及用量、反应温度、反应时间、反应试剂用量对阳离子型半纤维素取代度的影响。结果发

3、现通过改变反应条件可以制备出一系列白色粉末状的取代度为0.003―0.19的阳离子型半纤维素聚合物。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和13C核磁共振(13C-NMR)表征了改性半纤维素的结构，发现半纤维素在异相体系中的季铵化反应主要发生在半纤维素木聚糖单元C3位的羟基上。凝胶渗透色谱(GPC)和热分析结果表明改性后的半纤维素有一定程度的降解，并且热稳定性有所降低。(CarbohydratePolymers,2007,67:347-357.NewTechnologiesinNon-woodFiberPulpingandPapermaking,2006:20-24.华南理工

4、大学学报(自然科学版),2007,35:86-90.)2.提出了一种在碱性水溶液中制备水溶性好、取代度高的阳离子型半纤维素聚合物的方法。以蔗渣半纤维素为原料，以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHMAC)或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)为反应试剂，在碱性水溶液中通过季铵化反应合成出取代度为0.01―0.54的阳离子型半纤维素聚合物。发现采用两次加碱的方法比一次加碱的9方法得到的改性半纤维素的取代度高。另外，在相同条件下，与CHMAC作季铵化试剂相比，发现使用ETA作为反应试剂合成的阳离子型半纤维素的取代度较高。凝胶渗透色谱分析结果显示：改性过程中半纤维素发生明显

5、的降解，比未改性半纤维素的重均分子量降低了33.0%―46.8%。另外，热分析结果表明改性后半纤维素的热稳定性下降。(PolymerDegradationandStability,2006,91:2579-2587.JournalofAppliedPolymerScience,2007,105:3301-3308.)3.发现了一种能够减少半纤维素降解且能够提高半纤维反应活性的溶剂体系。以二甲基亚砜为均相反应介质，蔗渣半纤维素在催化剂碱的作用下与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制备出一系列水溶性的、取代度为0.06―0.24的阳离子型半纤维素聚合物。通过红外光谱和核磁共振

6、表征了改性前后半纤维素的结构，发现蔗渣半纤维素在均相二甲基亚砜体系中季铵化反应主要发生在半纤维素木聚糖单元C2位的羟基上。另外，凝胶渗透色谱分析结果显示了改性后半纤维素的重均分子量有所降低，其降解程度较小，相比而言，比未改性的半纤维素的分子量降低了6.8%―12.9%。热分析结果表明改性后半纤维素的热稳定性降低。(JournalofAppliedPolymerScience,2008,109:2711-2717.E-Polymers,2007,061:1-9.)4.提出了一种异相体系合成羧甲基半纤维素的方法。以蔗渣半纤维素为原料、氯乙酸钠为反应试剂、乙醇/水为反应介质，

7、通过醚化反应制备出水溶性的羧甲基半纤维素聚合物。研究发现通过改变反应温度、反应时间、催化剂用量及反应试剂用量可以得到取代度为0.10―0.56的羧甲基半纤维素。通过碳谱分析发现半纤维素的羧甲基醚化反应主要发生在半纤维素大分子链木聚糖单元C3位的羟基上。与分离得到的蔗渣半纤维素相比，改性后半纤维素的重均分子量都有所降低，比未改性的半纤维素的分子量降低了25.7%―45.9%，这说明在羧甲基醚化反应中半纤维素发生了明显的降解。热分析结果发现改性后的半纤维素热稳定性增加，并且取代度高的羧甲基半纤维素的稳定性要比取代度低的羧甲基半纤维素高。(Po