乙酰化稻草秸秆的制备及表征

收 稿 日期 ：２ １—４２ ０ １０ —７ 通 讯 作 者 基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 项 目（ １７ ３ ８ ； 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费专 项 资金 资助 项 目（ＵＳ Ｐ １０ ） ２ ０１１ ）中 Ｊ Ｒ ２ １２ 。 作 者简介 ：黄 凯 （ ９ ７ ），男，硕士研究 生；主要从事 生物质资源 的综合利用研 究。 １８～
通 过 环氧 氯丙 烷和 苄氯 改 性后 的稻 草 的微 观 结构 有所 改变 ，玻 璃化 转变 温度 分别 为 １ ７ ￣ ８ ．Ｃ ４ 和 １７５ ，但 改性材 料 的热 塑流 变 性差 ，在 复 合材 料制 备 中仍 只 能作 为填 充体 ［ 。 ４ ．℃ １ 刚 本文 以稻 草秸 秆 为原料 ，乙酸酐 作为 酰化 试剂 ，冰醋 酸作 为 分散 剂和润 胀 剂 ，硫 酸作 为
摘
要 ：通过稻草秸秆与 乙酸酐 的反应 ，制备 了一种廉价 的可降解 的乙酰化 稻草纤
维热塑性材料 。利用傅里叶红外光谱 （ Ｔ ） Ｆ ＿ ，ｘ射线衍射 （ Ｒ 、示差扫描 量热 Ｘ Ｄ）
（Ｓ Ｄ Ｃ）和热重分析 （ Ｇ Ｔ Ａ）等分析手 段对产物 的结构 、结晶性能 、热 学性 能等进
行 了表 征 。结 果 显 示 ，当 乙 酸 酐 、 乙酸 的用 量 分 别 为秸 秆质 量 的 ２倍 和 １ 时 ，在 ０倍 ９ Ｈ Ｓ 化 下 ，于 ５ ￣ ％ ：Ｏ 催 ０Ｃ反应 ２ｈ ，获 得 的 改 性稻 草 秸 秆 纤 维具 有 良好 的热 塑性 能 。
第３ 期
黄 凯 等 ：乙酰化 稻草秸 秆 的制备 及表 征
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化 温 度 的降低 ，一 定温度 下 出现 熔 融现 象 。 然对 于 由多 组分 构成 的非 均一 体系 的木质 纤 维 虽
的热 塑性 改性 过程 较纤 维 素复杂 得 多 ， 经 过科 学家数 十 年 的努力 ，木材 乙酰化热 塑 改性材 但
关键词 ：稻草秸秆 ；纤维素 ；改性 ；乙酰化反应 ；热塑性 中图分类 号：Ｔ ５ ． Ｑ３ ２７ ９ 文献标识码 ：Ａ
随着 石油 、 炭等 不可 再 生资源 总 量 日趋减 少 ，由农 林 可再 生性 植物 资源 转化 获得 新材 煤
料 、高热 值 能源 、化工 原料 及 药物 正成 为 一种重 要 的发 展新 趋 势 。我 国 已将 可 再 生资源 开 发 新 能源 和 替代石 油 生产 各种 可 降解材 料 列入 国家重 点科 技攻 关计 划”。目前 农 作物秸 秆 资源 ］ 化 的科 技创 新及 最 新发 展趋 势主 要 包括 以下 三 方面 的应用 ：ａ ）以秸秆 为 原料 ，制作 人 造板 ，
但 是获 得 的纤 维形 态差 ［，与脲 醛树 脂 或酚 醛树 脂胶 的相 容 性差 ，难 以得 到满 意 的 强度 ，在 ２ １ 材 料 的制 备和 使用 过程 中会 释放 有 害气 体 甲醛 。用 异氰 酸酯 胶粘 剂 ，价 格 为脲醛 树脂 的 ８ ～
１ ０倍 ，并且 生产 中还 存在 严重 的粘 板现 象 【。ｂ ３ ）秸 秆制 备燃 料 乙醇 ，转化 率 低 ，耗 能高 ， Ｊ
第 １ 第 ３期 ９ 素 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ａ ｌ ｏｓ ｉｎｃ ｎ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ｌｏｆＣｅｌ ｎ ｕｌ ｅ Ｓｃｅ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ
、０ ． ９ ＮＯ ３ ，１１ Ｓｐ． ｅ ｔ ２０１ １
文 章 编 号 ： １０ —４ ５２ １）３０ ２ —７ ０ ４８０ （０ １０ ．０ ８０
料 已投入 工业 应用 。 这些 研 究表 明利用 纤 维素 的典 型热 塑性 改性 反应 移 植到 植物 纤维 的化 学 改性 是可 行 的 。此 后 ，Ｒ ｗ ｌＨ和 章 明秋 【Ｊ 后 报 道 了红麻 的琥 珀酸 酐改性 和 剑麻 的苄基 ｏ ｅｌ ］ ［ ｌ先 ５ 化改性， 改性 后 的麻纤 维 能制成 自增 强复合 材料 。 林 山等 则研 究 了稻草 的醚 化热 塑性 改性 ， 王
秸 秆水 解 的剩 余组 分 由于 不 能被 利 用 ，只 能 废弃 ，造成 资源 浪 费和环 境 的二 次污 染 。一股 需
要 ６吨纤 维素 原料 才 能生产 １ 乙醇Ｈ，成 本相 当于原 油 的 １ ～３６倍 。Ｃ 吨 ． ． ２ ）秸秆燃 烧 发 电 ， 与 煤炭 相 比，单位 质 量秸 秆 的热 值低 ，要求 能量 转 化 设备 有足 够 的空 间投 入燃 料 ｐ。 Ｊ 综 上所 述 ，目前 农 作物 秸秆 尤其 是 稻草 的应 用领 域还 存在 一 定 的局 限性 ， 利 用 的秸秆 量 占 所 秸 秆 资源 总量 的 比例 并不 高 ， 因此仍 需 要进 一部 研 究和 开 发秸 秆 资源 高效 利用 的新途 径 。 农 作物 秸 秆是 由纤维素 ，半纤 维 素和 木质 素组 成 的高分 子 复合 材料 。 由 目前研 究可知 ， 纤 维素 通 过酰化 Ｉ、醚 化 ［、接 枝［等方 法 可 以使其 生 成树 脂类 塑料 。受此 启发 ，上 世纪 ８ ６ ］ ］ ０ 年 代末 ，在美 国 、 日本 、加拿 大 、德 国等 国家 ，为 了利 用废 弃 的木材 边 料 ，将 纤维 素 的热 塑 性 改性 反 应 引入到 了木 材 的热 塑化研 究 中，通过 木 粉 的酯化 （ 别 与 乙酸酐 、马来 酸 酐 、琥 分 珀 酸酐 和邻 苯 二 甲酸酐 ）［１ 和醚 化 （ ９０ －］ 分别 与苄 氯和 烯 丙基 溴等 ）［－］ １１改性 ，实现 了木 粉软 １３
乙酰 化稻 草秸 秆 的制备及表 征
黄 凯 张广智 ， 侯 秀 良 ， 蒋 学 ， 黄 ， 丹 ， 杨一奇 ，
（ ．江 南 大 学 纺 织 服 装 学 院 ，江 苏 无 锡 ２ ４ ２ ； １ １ １２ ２ ．内布 拉 斯 加 林 肯 大 学 纺 织 服 装 设 计 部 ，美 国 内布 拉 斯 加 林 肯 ６ ５ ３０ ０ ） ８ ８ ．８ ２