[發明專利]一種化學機械法制備微/納米纖維素的方法

在審

• 申請號: 201710186597.7
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107059456A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王習文;羅顯星;顏鑫
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D21C9/00
• 分類號: D21C9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于生物質材料制備技術領域，具體涉及一種化學機械法制備微/納米纖維素的方法。

背景技術

近年來隨著傳統化石能源的日益枯竭以及綠色生態意識的推廣，使得開發綠色可再生資源的呼聲越來越高。纖維素是地球上儲量豐富可再生的植物資源，植物纖維以其來源廣泛、可再生，可降解，生物相容，成本低等特點，尤其是它可通過不同的預處理手段進行深加工，開發出具有多功能用途材料的性質，使得許多科研工作者轉向了對植物纖維資源高值化應用的研究。植物纖維由于其復雜的精細結構，一般的方法很難對其進行降解利用，目前大部分植物纖維資源利用率還比較低，因此需要深入研究植物纖維的結構和性能，從分子水平上增強植物纖維的可及性和反應活性，拓寬植物資源的應用領域。

目前纖維素主要應用于造紙、紡織等領域，近年來對其進行改性和高值化利用的研究已成為熱點。纖維素通過高濃度酸、酶等水解、機械研磨壓潰等處理可降解纖維素，從而制備出納米纖維素。納米纖維素廣義上定義為至少有一維尺度在1～100nm范圍內的纖維素，按照納米纖維素的形貌、粒徑大小及原料來源的不同，納米纖維素主要分為三種類別：納米纖維素晶體(nanocrystalline cellulose/NCC)，纖維素納米纖絲(nanofibrillated cellulose/NFC)，細菌纖維素(bacterial nanocellulose/BNC)。

纖維素降解到納米級后，不但具有纖維素的基本結構與性能，還更多地表現出區別于天然纖維素的納米粒子的特性。納米纖維素作為新型低碳綠色生物質材料有著優良的性能：納米纖維素作為新興生物質材料具有獨特的優良特性，如高純度、超大的比表面積、高熱穩定性、高親水性、高反應活性、高結晶度、高機械強度、高相容性和可降解性等。納米纖維素以其優良的性能，在精細化工、醫藥載體、食品添加劑、復合增強材料等領域具有強大的潛在用途。在納米水平上操控纖維素分子聚集體的組裝，進而設計出新型納米精細化材料是目前研究的熱點。

目前的研究工作中納米纖維素的制備方法通常包括：

(1)以微晶纖維素為原料，用次氯酸鈉/氫氧化鈉水溶液進行潤脹處理，將潤脹后超聲分散的混合液進行酸水解，酸水解后結合離心洗滌與超聲輔助破碎，最后冷凍干燥得到納米纖維素。(中國發明專利號：201210006996.8，名稱：一種超聲輔助制備均勻棒狀納米纖維素的方法)。

(2)以蘆葦漿為原料，與質量分數為50％～60％的硫酸混合均勻；在微波反應器中50～60℃預處理10～15min后，在50～60℃條件下水解4～5個小時，得到蘆葦漿纖維素固體。(中國發明專利號：201310537950.3，名稱：蘆葦漿納米纖維素的制備方法)。

(3)以生物質纖維為原料，經苯醇抽提，酸化亞氯酸鈉處理，堿液梯度處理，TEMPO、溴化鈉和次氯酸鈉催化氧化處理，再結合高壓均質方法進行納米尺度加工。(中國發明專利號：201010213895.9，名稱：均勻化精細納米纖維素纖維的制備方法)。

以上方法均通過大量的化學試劑對纖維素原材料進行處理，使用的酸性化學試劑對反應容器具有很大的腐蝕作用；在除酸透析過程中消耗大量的水，處理過程復雜耗時長；產生的廢液對環境產生嚴重的污染；反應的水解程度不易控制，制備的納米纖維素得率一般低于50％。未能有效地將化學法與機械法結合起來，未能利用機械法強大的剪切結合化學力作用的協同效應，在整個制備過程中纖維素分子不能處于被活化的狀態，纖維素的降解速率不高，耗時耗能，得率低。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的目的在于提供一種化學機械法制備微/納米纖維素的方法。該方法使用的助劑綠色環保，生產過程簡單，時間短，能耗低，得率高。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種化學機械法制備微/納米纖維素的方法，包括如下步驟：

(1)將粉碎處理后的纖維素加入到預處理液中混合均勻，使纖維素與預處理液充分潤濕后保溫，最終使纖維素充分潤脹活化；

(2)將步驟(1)預處理過后的纖維素進行抽濾洗滌至中性，加入去離子水配成懸浮液，將其轉移至機械研磨設備連續研磨10～180min，機械研磨結束后，將懸浮液超聲分散均勻，最后將分散均勻的懸浮液進行離心處理，離心后得到的沉淀即為微/納米纖維素。

步驟(1)中所述的纖維素優選為闊葉木漿、針葉木漿、脫脂棉漿、微晶纖維素和草漿中的至少一種。所述的纖維素還可以包括其他的各種以植物為原料的化學、機械或者化學機械漿。