[發(fā)明專利]一種基于可控溶解制備纖維素納米晶分散液的工藝方法

有效

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• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105670005B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 周祚萬;韋煒;曹靜;茍光俊;姜曼;徐曉玲;孟凡彬;王澤永
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: C08J3/05
• 分類號: C08J3/05
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于纖維素納米晶制品的工藝領域，特別涉及一種基于可控溶解制備纖維素納米晶分散液的工藝方法。

背景技術(shù)

纖維素作為自然界中最豐富的可再生資源，在全球范圍內(nèi)都廣泛分布并且總量巨大。近年來，隨著石油等不可再生化石資源總量的日趨減少，纖維素等可再生資源的重要性日益顯著。其具有許多優(yōu)良的特性，例如優(yōu)良的力學性能、生物相容性好、可生物降解、高比表面積及豐富的活性位點等。從天然纖維素中加工得到纖維素納米晶是一種高值化的纖維素利用形式，現(xiàn)已廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化妝品及復合材料等領域中，并也已在諸如超級電容器(Adv Mater,2015.27(40):6104-9；ACS Nano,2013.7(7):6037-6046；Journal of Materials Chemistry A,2014.2:19268-19274)等高端領域開展了廣泛的研究。

目前，可用來制備纖維素納米晶的工藝方法主要有酸水解法(如CN1141321C；CN102040663B、CN102947345A、CN103124744A)、TEMPO氧化法(如US20100233481A1、CN102675475B、CN102690358B)、物理機械法(如CN1086189C、CN101481424B)及微生物發(fā)酵法(如CN1464047A)等。酸水解法通常能夠得到直徑在10-30nm，長度在100-300nm的纖維素納米晶，但是其需要消耗大量的酸堿試劑，生產(chǎn)效率較低，并且制備及后處理工藝較為復雜繁瑣，對設備的耐腐蝕性也提出了較高的要求。TEMPO氧化法通常能夠得到直徑約5-10nm且長徑比較大的纖維素納米晶，但是其同樣存在制備及后處理工藝繁瑣的問題，且所制備的纖維素納米晶為一種衍生化的纖維素。物理機械法雖然工藝流程較為簡單，但是對機械設備提出較高的要求，且通常只能得到纖維素微纖，尺度要大于纖維素納米晶。而微生物發(fā)酵法雖然可以制備出納米級直徑且高長徑比的納米纖維素纖維，但是通常這些纖維由于大量糾纏而不易分散，而且制備條件苛刻，周期也較長。因此開發(fā)一種簡單高效的纖維素納米晶的制備工藝方法具有積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明基于調(diào)控纖維素溶劑的雙親特性并誘導其對纖維素不同結(jié)晶程度區(qū)域產(chǎn)生差異化溶解性的原理，提出了纖維素的可控選擇性溶解技術(shù)，通過纖維素溶劑對纖維素材料中非結(jié)晶及半結(jié)晶區(qū)域的可控選擇性溶解獲得纖維素納米晶分散液，可進一步制備纖維素納米晶。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于可控溶解制備纖維素納米晶分散液的工藝方法，將纖維素與纖維素溶劑相混合，通過溶劑對纖維素進行可控溶解從而制得含有纖維素納米晶的目標分散液；包含如下步驟：1)纖維素溶劑配置，采用如下組成：有機堿占溶劑總重量30～45wt％，尿素占溶劑總重量1～24wt％，其余為水；2)纖維素納米晶分散液制備：將纖維素按占總?cè)芤嚎傊亓?.1～35.0wt％濃度混合到1)所得纖維素溶劑中，經(jīng)控溫攪拌處理后，得到目標纖維素納米晶分散液。

所述步驟2)控溫在以下范圍之一：20～30℃或40～50℃。

進一步地，所述有機堿為烷基季銨堿或烷基季磷堿。所述的有機堿優(yōu)選為烷基季銨堿或烷基季磷堿為以下物質(zhì)之一或其混合物：四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、三乙基芐基氫氧化銨、甲基三辛基氫氧化銨、四甲基氫氧化磷、四乙基氫氧化磷、四丙基氫氧化磷、四丁基氫氧化磷或所述有機堿任意形式混合物。

進一步地，可優(yōu)化所述有機堿/尿素/水混合體系，有機堿濃度為33～39wt％，尿素濃度為5～13wt％。纖維素的濃度可優(yōu)化為2.0～6.0wt％。

參與生產(chǎn)纖維素可以是任何工藝獲取的植物性纖維素：微晶纖維素、秸稈纖維素、棉漿纖維素、木漿纖維素、竹漿纖維素、細菌纖維素、醋酸纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素及來自紙張的纖維素。