[發(fā)明專利]一種在AmimCl體系中制備納米纖維素的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611187031.8
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106835784B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董翠華;王佩玉;崔毅斌;龐志強(qiáng);吳麗冉;胡夢想
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D21B1/02
• 分類號: D21B1/02;D21C3/00;D21C5/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所37218
• 代理人: 張貴賓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維素材料領(lǐng)域，特別涉及一種納米纖維素的制備方法。

背景技術(shù)

納米微晶纖維素是從天然纖維素中提取的天然無污染可降解的新型高分子功能材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，加上其具有生物材料的輕質(zhì)、可降解及可再生等特點(diǎn)在納米復(fù)合材料、食品和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域受到了很多研究者的關(guān)注。

離子液體作為一種新型溶劑，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高聚物表現(xiàn)出很強(qiáng)的溶解能力，這為包含纖維素、木質(zhì)纖維素等在內(nèi)的生物質(zhì)資源的高效降解、改性、分離和加工提供了一條新的途徑；而且離子液體本身固有的不揮發(fā)、難氧化、不易燃等特性可實(shí)現(xiàn)離子液體反復(fù)回收利用，綠色環(huán)保。作為纖維素溶劑的離子液體需具備能破壞大量纖維素分子內(nèi)和分子間氫鍵的能力。結(jié)合有強(qiáng)氫鍵接受體的陰離子如Cl-的離子液體能夠溶解纖維素。例如，離子液體[Bmim]Cl，Cl-與纖維素分子鏈上的羥基形成氫鍵而使纖維素分子間或分子內(nèi)的氫鍵作用減弱，從而使纖維素溶解。目前，離子液體研究集中于纖維素的溶解及改性等方面。

目前對于納米纖維素的制備采用高濃無機(jī)酸，如硫酸、鹽酸、磷酸等進(jìn)行酸解，酸水解存在纖維素水解嚴(yán)重，得率低，且酸液對設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，水解產(chǎn)物回收處理難度大等弊端。離子液體作為綠色環(huán)保高效有機(jī)溶劑具有不揮發(fā)、不可燃、物質(zhì)溶解性好、熱穩(wěn)定性高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，能夠改善結(jié)構(gòu)致密纖維素的反應(yīng)性能，這為納米纖維素的制備開辟了新的道路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，改善現(xiàn)有酸解法制備納米纖維素的不足，提供了一種在AmimCl體系中制備納米纖維素的方法，AmimCl為一種離子液體，中文名稱為：1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種在AmimCl體系中制備納米纖維素的方法，包括如下步驟：

（1）真空干燥：將微晶纖維素真空干燥；

（2）潤脹處理：在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6-9%的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽水溶液中加入辛基苯酚聚氧乙烯（10）醚，加入干燥后的微晶纖維素，得到混合溶液，進(jìn)行潤脹處理，其中微晶纖維素在混合溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-17%，加入辛基苯酚聚氧乙烯（10）醚的質(zhì)量為加入的微晶纖維素質(zhì)量的0.2-0.4%；

這里辛基苯酚聚氧乙烯（10）醚是一種表面活性劑，簡稱OP-10。

（3）酸水解處理：將硫酸加入步驟（2）中的混合溶液中進(jìn)行酸水解處理，形成反應(yīng)體系，硫酸和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽水溶液共同組成反應(yīng)體系的溶劑，其中硫酸在溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25-30%，1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽在溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52-65%，水在溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-20%；

（4）終止反應(yīng)：酸水解結(jié)束后在反應(yīng)體系中加入蒸餾水終止反應(yīng)；

（5）透析：將步驟（4）的反應(yīng)體系經(jīng)透析袋透析洗滌至透析液呈中性；

（6）真空干燥：透析后進(jìn)行真空干燥，得到最終產(chǎn)品，即納米纖維素產(chǎn)品。

其優(yōu)選的技術(shù)方案為：

步驟（1）中，微晶纖維素在45-50℃下真空干燥24-36h。

步驟（2）中，潤脹處理在溫度40-50℃下進(jìn)行，處理時(shí)間為0.5-3.0 h。

步驟（3）中，酸水解溫度為40-55℃，酸水解時(shí)間1-5 h。

步驟（5）中，透析袋的截留分子量為500。

步驟（6）中，真空干燥溫度為45-55℃，時(shí)間為36-48 h。

本發(fā)明的有益效果為：降低了納米纖維素制備中硫酸酸解的濃度，減輕了微晶纖維素的無效水解，提高了納米纖維素的得率，產(chǎn)品結(jié)晶度高，性能優(yōu)良。

具體實(shí)施方式

以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

用現(xiàn)有方法制備的納米纖維素，在最優(yōu)化的條件下，酸水解用的硫酸占溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%，最終得到的納米纖維素得率為34.2%，結(jié)晶度為72.5%，得到的納米纖維素直徑為25 nm，長度為265 nm。

實(shí)施例1：

納米纖維素的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

（1）真空干燥：將微晶纖維素在45℃下真空干燥36 h；