壳聚糖是自然界中唯一稳定存在的碱性多糖,具有极其广泛的应用价值,被誉为21世纪影响人类和科技进步的关键材料。壳聚糖安全无毒,具有良好的生物兼容性、成膜性、吸湿保湿性等性质,可生产高性能保水剂。壳聚糖目前是从虾蟹壳中通过酸碱提取和转化得到的,生产过程污染严重,成本高,制约了其应用。因此,探索以纤维素为原料,通过半合成工艺低成本合成拟壳聚糖很有意义。以合成的拟壳聚糖为原料合成其衍生物,评价其保水和粘胶性能的应用研究可以更好证明新工艺价值。本论文采用本课题组独创的三氧化硫/二氯乙烷(SO3/DCE)磺化新体系,以纤维等生物质为原料,首先合成了水溶性生物质硫酸单酯盐中间原料,再通过氨取代合成了 6-氨基拟壳聚糖。发现了羧酸盐对氨取代反应具有显著催化作用,摸索出了拟壳聚糖的最优工艺条件:反应温度160～180℃,反应时间为16 h,反应压力为1.2 MPa,在催化剂乙酸或苯甲酸或其盐存在下,在硫酸酯基:氨:羧酸盐优化摩尔比为1:2:0.1的条件下,催化剂可使氨取代度从0.24提高至0.70,反应收率从73%提高到81%,反应时间缩短8h。反应产物很容易从水溶液中沉淀出来,实现了与副产盐和原料简单分离;进一步以拟壳聚糖为原料在醇水溶剂中成功合成了水溶性极佳的羧甲基取代产物:6-N-羧甲基拟壳聚糖,而以天然壳聚糖为原料进行羧甲基化的取代产物主要是6-O-羧甲基壳聚糖。采用13C-NMR、1H-NMR、IR、元素分析、SEM、热重等分析手段对相关产物的结构进行了表征和分析,证明了目标产物的生成。初步应用实验结果表明,6-氨基纤维素和6-N-羧甲基拟壳聚糖具有很好的粘接性能,可大幅提高苯丙乳液粘胶剂的胶合强度及耐水性能。当6-氨基纤维素添加量为20%时,混合物胶合强度可提高15%;当6-N-羧甲基拟壳聚糖添加量为20%时,混合物的胶合强度可提高30%,成功通过8 h耐水性实验,可用于开发无甲醛绿色胶黏剂。本文还以6-氨基纤维素为原料,采用溶液聚合法制备了6-氨基纤维素保水剂,吸水倍率为25倍,壳聚糖类保水剂的吸水率为30～50倍,原料6-磺酸基纤维素钙的吸水率为10倍;研究发现,将6-氨基纤维素与纤维素硫酸单酯中间体复配中和可得到吸水倍数高达31倍的新型互穿网络高分子凝胶,这与文献中壳聚糖类保水剂的吸水性能已经非常接近,甚至与聚丙烯酰胺相近,其生产成本远低于壳聚糖类保水剂,也低于聚丙烯酰胺型保水剂。拟壳聚糖及衍生物原料来源广泛,价格低廉,产物绿色环保,性价比优势明显,具有很好的推广应用前景。本论文通过工艺优化和催化剂筛选开发了高取代度高收率制备拟壳聚糖及其系列衍生物的新工艺,可实现大规模、低成本生产,并发现了系列产品优异的保水和粘接性能。系列新产品独特的大分子结构和显著的性价比优势将具有巨大的应用价值。