[發明專利]一種納米微晶纖維素及制法

無效

• 申請號: 00117261.1
• 申請日: 2000-07-18
• 公開（公告）號: CN1334272A
• 公開（公告）日: 2002-02-06
• 發明（設計）人: 丁恩勇;李小芳;黎國康
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州化學研究所
• 主分類號: C08B1/00
• 分類號: C08B1/00
• 代理公司: 廣州科粵專利代理有限責任公司
• 代理人: 李繼蘭

本發明涉及一種用天然纖維素得到的納米微晶纖維素及制法。

纖維素是自然界中存在的來源最廣泛，取之不盡，用之不竭的可再生資源。在地球上出現石油等不可再生能源的危機之后，對纖維素進行降解，深加工以獲得化工原料和中間體一直是各國研究的熱點。

現有技術中，天然纖維素用化學或物理方法已經可以得到微米級的微晶纖維素和超微細纖維素，可用作食品、醫藥領域的添加劑和填充劑，雖然平均粒徑較小，比表面增大，進行化學反應的活性增加，但由于反應體系粒徑分布等原因的限制，使接枝鏈比較短，這對接枝共聚物的功能性有一定限制。

本發明將天然纖維素進一步降解到納米級的范圍，得到具有特殊化學組成和物理特性的納米微晶纖維素。本發明所提供的納米微晶纖維素的特征是外形呈球狀或橢球狀，粒子的尺寸在5～100nm之間，微晶纖維素的顆粒外層的全部或局部具有纖維素II的晶型，顆粒的內部具有纖維素I的晶型。

本發明所述的納米微晶纖維素顆粒粒徑極小，具有巨大的比表面和表面原子數，具有特殊的表面效應，如量子隧道效應，懸空配位鍵等，納米粒子的表面活性極大，反應能力也大大增強，同時納米微晶纖維素仍具有纖維素的晶型，可利用其葡萄環上的活性基進行接枝共聚反應，納米微晶纖維素可以穩定分散于水相體系中，可與適當單體以水為反應介質接枝反應，這是其它形態纖維素無法做到的。由于這些特殊性質，納米微晶纖維素不僅可作催化劑載體，而且可用于接枝共聚等反應中，并在制備新型材料等方面極具應用前景。

本發明提供的納米微晶纖維素的制造是按如下方法實現的：首先對天然纖維素進行前處理使纖維素致密的晶區充分溶脹，并溶解一些取向不好或不規則的微晶區，前處理劑可用氫氧化鈉(NaOH(濃度5mol))、二甲基亞砜(DMSO)和季胺鹽包括十二烷基三甲基氯化銨(DTAC)，N，N-二乙基-2-氯化胺(HCl鹽)，十二烷基溴化銨，十二烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基氯化銨，十八烷基三甲基氯化銨(OTAC)。氫氧化鈉與纖維素用量比為1g/20ml，DMSO與纖維素用量比為1g/20ml，季銨鹽用量為纖維素質量的1～3％。

前處理還可用高速攪拌，高能球磨等機械方法使纖維素結晶度下降，纖維束分散，還原端基和反應性增強，也能達到前處理的效果。前處理后采用酸催化水解，所用的酸是無機酸如硫酸，鹽酸，磷酸，硝酸以及它們的混合物；有機酸如丙烯酸，苯甲酸，乙二酸及它們的混合物；還可采用固體酸如雜多酸，磷鎢酸，磷鉬酸，高聚有機酸聚丙烯酸，固體超強酸Nafion-H樹脂及Cs_2.5鹽等。混合酸濃度為20％～50％，催化劑的數量是被處理的天然纖維素的1％～300％。水解溫度可在0～100℃，最適宜的溫度為30℃～98℃，酸催化水解后在50～90℃條件下用超聲振蕩適當時間，便可獲得納米微晶纖維素。納米微晶纖維素的粒徑可通過改變催化劑的種類及用量加以控制，也可通過水解液的溫度和改變超聲振蕩時間，振蕩的頻率和強度來控制。

本發明所述的方法制得的納米微晶纖維素具有重復性好，產物粒徑分布均勻的特點，為進一步的功能化改性創造了獨特的條件。

實施例1：稱取0.5g棉短絨，用40ml?NaOH處理后，抽濾、洗至pH值在8左右，再用30％的季胺鹽DTAC溶液處理。最后用40ml?DMSO處理后，洗脫殘留的DMSO，將經過處理后的棉短絨干燥，加入30ml?HCl與H₂SO₄混合酸，濃度(體積比)為25％。在75℃下用超聲振蕩處理6h，即可得到產物。

實施例2：稱取0.5g棉短絨，用40ml?NaOH處理后，抽濾、洗至pH值在8左右，再用30％的季胺鹽OTAC溶液處理。最后用40ml?DMSO處理后，洗脫殘留的DMSO。將經過處理后的棉短絨干燥，加入50ml濃度(質量比)為80％的苯甲酸。在60℃下用超聲振蕩處理15h，即可得到產物。

實施例3：稱取0.5g棉短絨，用40ml?NaOH處理后，抽濾、洗至pH值在8左右，再用30％的季胺鹽DTAC溶液處理。最后用40ml?DMSO在同樣的溫度下處理后，洗脫殘留的DMSO。將經過處理后的棉短絨干燥，加入1g?Nafion-H樹脂，在90℃下用超聲振蕩處理48h，即可得到產物。

實施例4：。稱取5g棉短絨，用高能球磨研磨2h。真空抽濾后干燥，加入500ml濃度(體積比)為25％的HCl與HNO₃的混合酸，在55℃下用超聲振蕩處理6h，即可得到產物。