揭示微塑料问题 - 通过木粉化学改性成功提取功能性塑料 -

演示要点

·它还可以为新型生物降解材料的开发和减少温室气体做出巨大贡献。

·在无溶剂的情况下实现了纤维素的化学改性（酯化），并合成了目前用于牙刷柄的乙酰纤维素树脂（可生物降解，尽管缓慢）。

·当对纤维素纤维（棉：脱脂棉）进行化学改性（酯化）时，化学改性在保持纤维形状的同时进行，并且也可以应用于改性纤维。

·使用木粉代替纤维素粉70 度 15 小时氯仿反应萃取选择性得到乙酰纤维素(产率11wt%，已申请专利）。

摘要

　V体育工学研究科生命科学·应用化学系教授高须秋纪和工学部创意工程教育课程四年级学生竹内铃风，利用三氟甲磺酸钪[Sc(OTf)3]催化剂，成功地在无溶剂的情况下对纤维素粉末进行了化学改性（见下图）。
具体来说，通过将两倍量的乙酸酐和基于纤维素粉末的羟基的1mol%三氟甲磺酸钪催化剂混合，可以在室温下在5小时内合成工业上使用的乙酰纤维素。目前工业上使用的纤维素化学改性（酯化）需要使用浓硫酸作为催化剂和过量的酰基氯（酸酐不能达到高取代度），释放的酸会导致主链分解，给工人带来健康问题。本研究证实羟基的改性率超过90%，与工业上使用的羟基改性率处于同一水平。乙酰纤维素具有缓慢的生物降解性，作为下一代塑料材料而受到关注。当将该方法应用于纤维素纤维（棉）时，可以在保持纤维形状的同时对纤维素纤维进行乙酰化。
　我们还将这项技术应用于木粉的化学改性。使用木粉代替纤维素粉70 度 15 小时当与氯仿反应并萃取时，选择性地获得乙酰纤维素(产率11wt%，已申请专利）。
该结果的一部分是。

研究背景

　尽管塑料材料的重要性不仅作为结构材料，而且在生物相关和纳米器件领域也得到了重申，但微塑料等聚合物材料的处理问题最近在全球范围内变得严重，全球咖啡连锁店已停止使用塑料吸管。除了最近的微塑料问题之外，由于灾害频繁，房屋和其他来源的木材废料的处理已成为紧迫问题。V体育指定预测行业和社会需求的研究，并通过分配研究推广费用提供独立支持。

研究内容/结果

　请参阅随附文档 (PDF)

社会意义

　除了最近的微塑料问题由于灾害频繁，房屋和其他来源的木材废料的处理已成为紧迫问题木片用作火力发电等的燃料吸入粉尘造成的健康危害，木粉的再利用目前仍然是一个问题。尽管正在研究将木粉与塑料混合制造复合材料，但世界范围内还没有对木粉本身进行化学改性的研究。

未来发展

　微塑料问题是当前大学应该积极解决的首要问题。以醋酸纤维素为代表的纤维素酯可生物降解，具有优异的耐候性、耐化学性和电性能，是纤维素衍生物中最好的（年产量：80万吨）。该研究项目所解决的绿色工艺合成方法将成为令和时代改变游戏规则的技术的基础，同时将为新型生物降解材料的开发做出巨大贡献。

术语表

■什么是酯化？
　由羧酸 RCOOH 和醇生成酯的反应。一般来说，产生除羧酸以外的酸和酸酐的酯的反应（这项研究)，也包括酰氯等与醇、酚反应生成酯的情况。
■什么是乙酰纤维素？
　它也称为醋酸纤维素，是一种属于纤维素型热塑性塑料的树脂，是最古老的材料之一。由于它使用的是一种天然高分子材料纤维素，因此最近因其用于注重天然材料的产品（可生物降解，尽管缓慢）而受到关注。具有优异的耐候性，即使长时间暴露在阳光直射或紫外线下也不会劣化。在纤维素衍生物（纤维素衍生物）中具有最好的耐化学性。它还具有优异的电性能，可用作绝缘材料，其主要用途包括窗帘织物、薄膜、片材、纺织品、涂膜和油漆。
■什么是木粉
木材成分约为 50% 纤维素、20% 半纤维素和 30% 木质素（因树种而异）。 “锯末”和“木粉”经常被混淆，但木粉一般是指粒径在1毫米以下的颗粒，甚至比锯末还要小。大于5毫米的木片用作火力发电等的燃料。吸入粉尘造成的健康危害，木粉的再利用仍然是一个问题。尽管正在研究将木粉与塑料混合以制造复合材料，但世界范围内还没有涉及对木粉本身进行化学改性的研究。

论文信息

论文标题：无溶剂条件下羧酸酐在稀土三氟甲磺酸盐催化下轻松酯化纤维素
作者姓名：Suzuka Takeuchi、Akinori Takasu
出版杂志名称：Polymer
发布日期：2019 年 10 月 21 日
DOI：网址

参考图

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