一种浅色木质素及其制备方法与应用

1.本发明属于木质素技术领域，具体涉及一种浅色木质素及其制备方法与应用。


背景技术：

2.臭氧层破坏导致紫外线辐射量不断增加，给人类健康与财产带来很大危害。短波紫外线(uvb,290-320nm)容易将皮肤晒红晒伤，而具有累积伤害性的长波紫外线(uva，320-400nm)既能引发皮肤癌，也是材料老化主要诱因，需要持久防护。紫外防护剂可以通过吸收或者反射紫外线达到屏蔽效果，广泛用于护肤品和功能材料中。但包括无机颗粒、化学合成小分子在内的传统紫外防护剂仍然存在光催化产生自由基、稳定性不好等问题。高效、稳定、健康的紫外防护剂的开发与研究成为了科研工作者及消费者关注的焦点之一。
3.木质素是最丰富的可再生芳香族聚合物。在过去的几十年里，由于木质素在自然界中的丰富性，对从木质素中开发的化学品和材料的研究迅速发展。在应用方面，木质素具有抗菌、抗氧化活性、抗紫外、生物相容性和粘结性能等优良特性，在许多领域具有广泛的应用潜力。近年来对木质素的抗紫外和抗氧化活性的研究较多。木质素含有吸收紫外线的官能团，如酚、酮等发色团，是一种天然的广谱防晒剂。除了防晒性能外，酚类基团的自由基清除能力使木质素具有优异的抗氧化性能。因此，近年来关于天然木质素防晒的研究日益增多。
4.尽管木质素具有优良的紫外吸收性能，但是大多工业木质素为深褐色的粉体，当其添加到不同的应用体系时，将不可避免地影响该体系或材料的颜色，从而直接限制产品的应用范围。如何淡化木质素颜色的同时保持甚至提高紫外防护作用，是提高其应用的关键。现有的降低木质素颜色的方法中，很容易因为条件苛刻而破坏了木质素的结构和官能团。因此，很难制备出即具有强紫外线屏蔽性能又能颜色较浅的木质素。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于分级自组装的浅色化木质素的制备方法。本发明方法通过温度诱导分级自组装制备浅色化木质素。此方法相比目前木质素减色的方法具有操作简单、条件温和、无需添加其他药剂且在减色的同时保留木质素的基本结构等优点，成功克服了现有技术的不足。
6.本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种浅色木质素。
7.本发明的再一目的在于提供上述一种浅色木质素在紫外防护品中的应用。
8.本发明目的通过以下技术方案实现：
9.一种基于分级自组装的浅色化木质素的制备方法，包括以下步骤：
10.将木质素充分溶解在有机溶剂/水的混合溶剂中，然后进行冰水浴一段时间后，过滤取滤液，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素。
11.优选地，所述冰水浴的温度为-3～3℃；更优选为0～3℃，时间为2～3h。
12.优选地，所述木质素和混合溶剂的质量体积比为5～10mg：1ml。
13.优选地，所述木质素充分溶解在混合溶剂中的温度为30～60℃。
14.优选地，所述木质素为碱木质素和酶解木质素中的至少一种；所述碱木质素可选自木浆黑液或草浆黑液经过酸析干燥后所得的酸析木质素粉；所述酶解木质素为植物原料中的纤维素发酵制备酒精后残渣中分离提取的木质素。
15.优选地，所述有机溶剂/水的混合溶剂中，有机溶剂为乙醇、丙酮和甲醇中的至少一种，有机溶剂的体积占比为40～80％。
16.优选地，所述除去滤液中的溶剂采用旋转蒸发的方法，旋转蒸发的温度为45～55℃，转速为50～60rpm。
17.上述方法制得的一种浅色化木质素。
18.上述一种浅色化木质素在紫外防护品中的应用。
19.一种木质素基防晒霜，由上述浅色化木质素和护手霜混合得到，其中浅色化木质素占木质素基防晒霜质量的2～10％。
20.优选地，所述混合指将浅色化木质素和护手霜在室温及黑暗环境中搅拌24～36h。
21.优选地，所述护手霜为妮维雅护手霜。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
23.(1)本发明方法通过木质素的分级联合自组装减轻其颜色，条件较为温和，不需要添加其他化学试剂，不产生任何化学反应，因此可以很好的保留木质素的基本结构的情况下使木质素减色。
24.(2)降温沉淀分级是根据木质素的分子量大小顺序先后析出的，低温下难以析出的级分除了具有浅色特征，还具有分子量低、极性基团多的优点，可提高紫外吸收能力因此本发明方法获得的木质素可应用于防晒霜等紫外防护产品。
25.(3)本方法制备浅色木质素操作简单、绿色、易控制，有大规模工业化生产的潜力。
附图说明
26.图1为实施例1的酶解木质素与实施例1、6-7浅色化木质素的颜色对比图。
27.图2为实施例1酶解木质素与实施例1浅色化木质素红外谱图。
28.图3为实施例1酶解木质素与实施例1浅色化木质素紫外吸收对比图。
具体实施方式
29.下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
31.下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。各组分用量均以质量份计。
32.实施例1
33.(1)浅色化木质素的制备：在60℃下，将酶解木质素充分溶解在50％的乙醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为5mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到3℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为50℃，转速为50rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
34.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌24h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的10wt％。
35.实施例2
36.(1)浅色化木质素的制备：在60℃下，将酶解木质素充分溶解在40％的乙醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为5mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到3℃，保温2h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为45℃，转速为50rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
37.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌24h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的5wt％。
38.实施例3
39.(1)浅色化木质素的制备：在50℃下，将木浆黑液酸析得到的碱木质素充分溶解在50％的乙醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为10mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到0℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为50℃，转速为60rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
40.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌36h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的10wt％。
41.实施例4
42.(1)浅色化木质素的制备：在30℃下，将木浆黑液酸析得到的碱木质素充分溶解在60％的乙醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为10mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到0℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为55℃，转速为60rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
43.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌36h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的10wt％。
44.实施例5
45.(1)浅色化木质素的制备：在40℃下，将草浆黑液酸析得到的碱木质素充分溶解在60％的乙醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为10mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到3℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为55℃，转速为60rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
46.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌36h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的10wt％。
47.实施例6
48.(1)浅色化木质素的制备：在30℃下，将酶解木质素充分溶解在50％的丙酮/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为5mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到0℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为45℃，转速为50rpm，除去滤液中的
溶剂，即可得到浅色化的木质素；
49.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌36h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的10wt％。
50.实施例7
51.(1)浅色化木质素的制备：在40℃下，将酶解木质素充分溶解在80％的甲醇/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为5mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到3℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为45℃，转速为50rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
52.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌24h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的5wt％。
53.实施例8
54.(1)浅色化木质素的制备：在40℃下，将草浆黑液酸析得到的碱木质素充分溶解在40％的丙酮/水(v:v)混合溶剂中，配置浓度为5mg/ml。然后，将其转移到冰水浴中，使体系的温度降到3℃，保温3h。然后过滤除去析出的木质素。通过旋转蒸发温度为45℃，转速为50rpm，除去滤液中的溶剂，即可得到浅色化的木质素；
55.(2)木质素基防晒霜的制备：将浅色化的木质素与妮维雅护手霜进行混合，在室温下黑暗环境中搅拌24h，即可得到木质素基防晒霜，其中浅色化的木质素占木质素基防晒霜的5wt％。
56.以实施例1为例说明效果。
57.图1是酶解木质素与浅色化木质素的颜色对比图。可以看出，酶解木质素的颜色是黑褐色，通过本发明方法处理后，木质素的颜色得到明显的降低，其颜色接近浅黄色，说明本发明提出的分级自组装是一种可以使木质素减色的方法。图2是酶解木质素与浅色化木质素的红外图谱，可知，木质素减色后并没有破坏木质素原有的基本结构，说明本发明的方法是一种条件温和的木质素减色方法。图3是酶解木质素与实施例1浅色化木质素的紫外吸收图谱，可知在紫外波段，浅色化的木质素紫外吸收均高于酶解木质素，其原因与浅色化的木质素具有较多的酚羟基等极性基团(表1)有关，说明本发明方法不仅可以减色而且还能提高木质素的抗紫外性能。从表1可见，当木质素的添加量为10wt％时，与酶解木质素基防晒霜相比，浅色化木质素基防晒霜的spf值提升了40％。综上，通过使用本发明的木质素减色方法，使得到的浅色化木质素更具有应用价值。
58.表1酶解木质素和实施例1浅色化木质素的酚羟基含量及应用于防晒霜的spf值
[0059][0060]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。