[發(fā)明專利]一種纖維素納米晶懸浮液及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177678.8
• 申請(qǐng)日: 2012-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102690358A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉大剛;周凡;林鳳英;花艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/08
• 分類號(hào): C08B15/08;C08B15/02
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;裴詠萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維素納米晶懸浮液及其制備方法，屬于高分子領(lǐng)域，也屬于納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

????纖維素是地球上最豐富的有機(jī)化合物，它是高等植物和綠藻的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的主要組成部分，同時(shí)細(xì)菌，某些真菌，和被囊動(dòng)物（無(wú)脊椎海洋動(dòng)物）也可以形成纖維素。因其低成本，自更新能力和可回收性，及其化學(xué)反應(yīng)性，使纖維素晶須可用于各種應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行加工利用勢(shì)必會(huì)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。纖維素納米晶已經(jīng)成為當(dāng)前高分子研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，但是關(guān)于纖維素納米晶的制備和研究卻鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種纖維素納米晶懸浮液及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種纖維素納米晶懸浮液，包括水和分散在水中的纖維素納米晶，纖維素納米晶為長(zhǎng)寬比為1到100的棒狀納米粒子。該棒狀纖維素納米晶優(yōu)選長(zhǎng)90±50nm，寬10±4nm。

本發(fā)明還提供了上述纖維素納米晶懸浮液的制備方法，包括以下步驟：

（1）???預(yù)處理：對(duì)纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理為濕磨、球磨或超聲；

（2）???氧化劑水解：向預(yù)處理過(guò)的纖維素原料中加入0.1-30倍重的氧化劑，20-80℃下水解1-24小時(shí)，得到水解液；向水解液中加入1-10倍重蒸餾水稀釋，除去氧化劑，得到的溶液pH為5-9；?

（3）將步驟（2）中得到的溶液通過(guò)機(jī)械方法進(jìn)一步減小顆粒尺寸后，即得纖維素納米晶懸浮液；所述機(jī)械方法為超聲或高壓均質(zhì)化。

?其中，步驟（1）中纖維素原料選自微晶纖維素粉末、纖維素紙漿、漂白木漿或其混合物。

當(dāng)步驟（1）中的預(yù)處理為濕磨時(shí)，預(yù)處理方法如下：向纖維素原料中加入去離子水，得到纖維素質(zhì)量百分濃度為1-20%的溶液，纖維素在溶液中浸泡0.5-24小時(shí)后，倒入濕磨機(jī)內(nèi)碾磨1-10次，每次1-15分鐘；所述濕磨機(jī)的齒輪間距為0.5-50μm；

當(dāng)步驟（1）中的預(yù)處理為球磨時(shí)，預(yù)處理方法如下：向纖維素原料中加入去離子水，得到纖維素質(zhì)量百分濃度為1-20%的溶液，纖維素在溶液中浸泡0.5-24小時(shí)后，倒入球磨機(jī)內(nèi)碾磨1-10次，每次1-15分鐘；

當(dāng)步驟（1）中的預(yù)處理為超聲時(shí)，預(yù)處理方法如下：向纖維素原料中加入去離子水，得到纖維素質(zhì)量百分濃度為1-20%的溶液，纖維素在溶液中浸泡0.5-24小時(shí)后，超聲1-10次，超聲頻率為50-2000Hz，每次1-30分鐘。

氧化劑為硫酸、鹽酸、磷酸、雙氧水溶液或摩爾比為1：10：0-10的2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基-次氯酸鈉-溴化鈉的混合氧化體系；所述硫酸、鹽酸、磷酸和雙氧水的濃度為20-80%。

步驟（2）中除去氧化劑的方法包括離心分離和透析，兩者先后順序不限；離心分離步驟如下：將經(jīng)蒸餾水稀釋后的溶液轉(zhuǎn)移到離心管中，離心分離1-10次，每次3-15分鐘，離心的轉(zhuǎn)速為500-24000rpm；透析步驟如下：將離心分離后的溶液轉(zhuǎn)移到截留分子量為10000-12000的透析袋中，透析48小時(shí)直到溶液pH為5-9。或?qū)⒔?jīng)蒸餾水稀釋后的溶液轉(zhuǎn)移到透析袋中先進(jìn)行透析后，再轉(zhuǎn)移到離心管中進(jìn)行離心分離。

步驟（3）中的機(jī)械方法為超聲時(shí)，步驟如下：將步驟（2）得到的溶液超聲1-10次，每次1-30分鐘，超聲頻率為50-2000Hz；步驟（3）中的機(jī)械方法為高壓均質(zhì)化時(shí)，步驟如下：將步驟（2）得到的溶液在150-300MPa下，以50-200ml/min的速率通過(guò)高壓均質(zhì)化器1-30次。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明利用氧化劑水解和機(jī)械解纖的手段得到了長(zhǎng)度90±50nm，寬度10±4nm的棒狀纖維素納米晶的懸浮液，且纖維素納米晶在懸浮液中分散良好，尺寸均一。

本發(fā)明利用可再生資源制備納米材料，成本低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，合成過(guò)程綠色無(wú)污染，所得的產(chǎn)品綠色環(huán)保。

由于其化學(xué)作用不活潑和結(jié)構(gòu)內(nèi)部黏合的性質(zhì)，纖維素納米晶在藥廠可作為一種藥片黏合劑，在食品應(yīng)用中可作為一種結(jié)構(gòu)劑和脂肪替換劑，并可作為在紙中和合成物中的一種添加劑等。酸水解條件優(yōu)化后，纖維素納米晶的膠體懸浮物表現(xiàn)出液晶向列呈直線排列，對(duì)納米復(fù)合材料的性能有著巨大的改善。

傳統(tǒng)制備纖維素納米晶的方法取得的懸浮液若處在高溫或潮濕的環(huán)境中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)會(huì)還原到初始結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中運(yùn)用的方法制得纖維素納米晶懸浮液在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上有較好的改進(jìn)。

附圖說(shuō)明