[發明專利]一種高濃度納米微晶纖維素膠體的制備方法

無效

• 申請號: 201310236188.5
• 申請日: 2013-06-15
• 公開（公告）號: CN103304824A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 唐艷軍;楊淑杰;張俊華
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C08J3/05
• 分類號: C08J3/05;C08L1/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明屬于一種納米材料的制備方法，具體涉及一種高濃度納米微晶纖維素膠體的制備方法。

背景技術

納米微晶纖維素(nanocrystalline?cellulose?,NCC)是一種直徑為1～100nm，長度為幾十到幾百納米的剛性纖維素。與普通的纖維素相比，納米微晶纖維素具有許多優良性質，例如，極大的比表面積（是普通微米纖維素的1000倍）、高結晶度、高楊氏模量、高強度、超精細結構和高透明度等特性，在特種紙、變阻器、顯示器、催化劑載體和食品行業得到應用。加之其具有生物材料的輕質、可降解、生物相容及可再生等性質，使其在高性能復合材料中顯示出巨大的應用前景。

納米微晶纖維素的制備方法有物理機械法、酶解法和酸水解法。其中酸水解法工藝成熟，制得的納米微晶纖維素尺寸分布窄，保持纖維原有的晶型。其中，通過硫酸水解制備的納米微晶纖維素表面有大量通過酯化引入的磺酸基團，使其表面帶負電，從而能夠穩定的分散在水中。為使制備的納米微晶纖維素膠體為中性，透析是必要的，透析液一般為水，透析后能得到超低固含量的水分散液,這樣勢必顯著增大生產成本和裝貨尺寸，對規模化應用不利。

在中國發明專利申請（申請號?03114288.5）公開了一種易水分散納米微晶纖維素粉體及其制備方法，通過該公布的方法可以得到任意固含量的納米微晶纖維素分散液，但其方法是通過對制備的納米微晶纖維素表面改性得以實現。

在中國發明專利申請（申請號?200980149476.9）公開了可再分散的經干燥的納米晶體纖維素的方法，詳細的敘述了兩種方法，其一，將酸形式的特定低濃度的納米微晶纖維素經過自然風干和105℃下干燥至一定濃度后再分散；其二，通過將酸形式的納米微晶纖維素的質子交換為中性單價反粒子而制備并將其冷凍干燥而獲得。其方法中經過自然風干、烘箱烘干和冷凍干燥，這樣大部分水變成水蒸汽而損失掉。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，采用物理方法，提供一種高濃度納米微晶纖維素膠體的制備新途徑，利用旋轉蒸發技術，將中性的低濃度的納米微晶纖維素分散液中的水分蒸發出來，通過冷凝將其收集再利用，這不但解決了酸水解制備過程中用水量大、運輸困難的問題，而且降低生產成本，還可根據需要將高濃度的納米微晶纖維素膠體配制任意濃度的膠體。

?本發明還尋求提供在旋轉蒸發以后將得到的高濃度的納米微晶纖維素膠體經過冷凍干燥（明顯減少了冷凍干燥時間），測定粉體的聚合度。

本發明提供的高濃度納米微晶纖維素膠體是通過下述技術方案實現的：

納米微晶纖維素分散液的制備：首先，將微晶纖維素粉末以固液比（m:v）為1:6的比例加入到硫酸溶液中，在溫度為50℃的水浴中反應60min，整個反應過程中不斷的攪拌，反應結束，得到乳白色懸浮液；然后，將得到的懸浮液在11000r/min下的高速離心機中進行離心分離，直至上層出現乳白色納米微晶纖維素分散液，收集該分散液；最后將得到的酸性的納米微晶纖維素分散液（pH=?2?～?3）在分子量為8000-14000的透析袋透析?2?～?3天，得到pH=?7.0的納米微晶纖維素分散液。

納米微晶纖維素分散液的旋轉蒸發：透析后，納米微晶纖維素分散的濃度在0.5%左右，將硫酸水解制備的中性的低濃度納米微晶纖維素膠體置于旋轉蒸發儀中，將蒸發儀的壓力設置為50mbar?（在測試過程中壓力在40mbar?～?75?mbar之間變化）,溫度調節為38℃（在測試過程溫度在35℃?～?50℃之間調節）。經過一定時間結束蒸發。取一定量的蒸發后的納米微晶纖維素膠體，置于稱量瓶中并一起放入溫度為105℃的恒溫烘干箱中，烘干至恒重，計算其質量濃度。注：在隨著樣品濃度的提高，在達到85%左右，測試溫度為50℃時會發現旋轉瓶上會有膜形成，所以要隨著濃度的提高，要降低溫度，減少壓力，達到剩余的少量的水蒸出來是濃度更高的目的。

納米微晶纖維素聚合度的測定：用銅乙二胺溶液溶解納米微晶纖維素。稱取一定量試樣（粉體）于試樣溶解瓶中。加入2～3塊紫銅片，用移液管吸取25ml蒸餾水注入瓶中，塞緊瓶塞。劇烈搖蕩至試樣分散后，在吸取25ml銅乙二胺溶液于瓶中，并把全部存留氣體排出，反復劇烈搖蕩至試樣完全溶解。夾好烏氏粘度計粘度計（溶劑的運動粘度0.5?～?0.6mm²/s、毛細管直徑0.46mm?±2%）于恒溫水浴中（25℃±0.1℃），仔細到出溶液于粘度計中，開動自動循環保溫的恒溫器，恒溫5min。用秒表計時，平行測定三次，取其平均值計算相對粘度。?