[發明專利]一種應用水溶液析出的納米纖維素薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310367823.3
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103450494A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 邱學青;林吼坑;樓宏銘;楊東杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08J3/05;C08L1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及纖維素，特別是涉及一種納米纖維素，具體是涉及一種應用水溶液析出的納米纖維素薄膜的制備方法，屬于材料加工領域。

背景技術

隨著人類社會的快速發展以及對化石能源的不合理利用，能源緊缺和環境污染的問題日益嚴重，人們也日益關注纖維素這一取之不盡、用之不竭的可再生資源的研究。與普通的纖維素相比，納米纖維素在聚集態結構和物性上的特殊性使其在納米精細化工、納米醫藥、納米食品、納米復合材料和新能源等領域具有廣闊的應用前景。

目前納米纖維素的制備方法包括：（1）酸法制備納米纖維素，即利用無機酸或有機酸為催化劑，提供高濃度氫離子進入纖維素的無定形區破壞氫鍵，使其水解生成葡萄糖等糖類，同時纖維素鏈發生一定程度的裂解，導致纖維素聚合度的下降，從而得到納米纖維素，1947年由Nickerson和Habrle用鹽酸和硫酸水解木材和棉絮制備納米纖維素膠體分散液，但該方法需要用到強酸，對反應設備要求高，會產生酸廢液，回收和處理反應困難；（2）酶解法制備納米纖維素，即利用纖維素酶選擇性地酶解掉無定形的纖維素而剩下部分纖維素晶體，該方法可提高納米纖維素的質量和純度，不需使用化學品，但存在產率低、成本高的缺陷；（3）TEMPO氧化法制備納米纖維素，即利用TEMPO催化氧化來制備納米纖維素，TEMPO作為催化劑促進氧化劑對纖維素C6上伯羥基的選擇性氧化，將其氧化成聚葡萄糖醛酸，使纖絲表面帶有負電荷，纖絲之間產生靜電斥力從而得到穩定的納米纖維素膠體分散液，該方法中TEMPO價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種方法簡單、能耗少、綠色環保的應用水溶液析出的納米纖維素薄膜的制備方法，該方法通過制備含有納米纖維素膠體分散液，最終制備得到強度可達64.72MPa的纖維素薄膜。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種應用水溶液析出的納米纖維素薄膜的制備方法，包括以下步驟：

在-15℃～-8℃，將纖維素溶解于氫氧化鈉、尿素和水的混合溶液中，得到纖維素溶液；所述纖維素溶液中纖維素的濃度為10～40g/L，所述混合溶液中氫氧化鈉質量百分含量為5～10%，尿素的質量百分含量為10～15%；

將所述纖維素溶液自然升溫至室溫，滴加水使纖維素析出，得到納米纖維素膠體分散液；所述滴加水的體積與纖維素溶液的體積比為（1～3）∶1；

將所述納米纖維素膠體分散液進行壓濾得到納米纖維素薄膜。

本發明提供的應用水溶液析出的納米纖維素薄膜的制備方法是在-15℃～-8℃的溫度條件下，將纖維素溶解于氫氧化鈉、尿素和水的混合溶液中，破壞纖維素分子間的氫鍵作用力，對纖維素進行溶解，形成纖維素均相溶液，再加水改變纖維素的溶液環境，使纖維素析出形成納米纖維素，實現對纖維素尺寸及析出過程的控制，得到聚集程度小的納米級纖維素膠體分散液，再經壓濾得到強度顯著提高的納米纖維素薄膜。

所述纖維素的溶解過程沒有特殊要求，為了使纖維素均勻分散，優選在溶解過程中進行攪拌。所述纖維素溶液中可能含有原料帶入的雜質，優選通過離心分離除去，得到澄清的纖維素溶液，該溶液為澄清的粘稠溶液。所述離心過程要求時間短，避免溶液發生變化。

優選地，所述滴加水的體積與纖維素溶液的體積比為1.5∶1。

優選地，所述混合溶液中氫氧化鈉與尿素的重量比為（6～8）∶(11～14)。

優選地，所述纖維素溶液中，纖維素與氫氧化鈉的重量比為1∶（2.25～10）,。該重量比的換算過程中，按照所述纖維素溶液的密度為1g/ml計。

優選地，所述滴加水的體積與纖維素溶液的體積比為1.5∶1。

更優選地，所述滴加的水與纖維素溶液中纖維素的用量比為（75～100）ml∶1g，該條件下纖維素均勻析出，納米纖維素長徑比大，聚集程度低。該用量比的換算過程中，水及纖維素溶液的密度均以1g/ml計。

所述滴加水可以為自來水或蒸餾水，對纖維素的析出過程影響較小。所述滴加水的過程優選邊攪拌邊滴加，攪拌及滴加速率以使水與纖維素混合均勻為目的，具體操作沒有特殊限制。

優選地，所述壓濾是采用孔徑為0.22μm的聚偏氟乙烯（PVDF）過濾膜進行壓濾。

本發明使用的纖維素來自常規的纖維素原料，包括闊葉木漿、針葉木漿、竹漿、麥草漿、蘆葦漿、蔗渣漿、龍須草漿、微晶纖維素和棉短絨中的一種或多種的混合物。