[發明專利]一種功能化纖維素納米粒子及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710716304.1
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107459663B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 劉正英;王捍卿;楊鳴波;楊偉;譚黃
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J3/12
• 分類號: C08J3/12;C08J3/09;C08L1/08;C08B15/00;C08G63/08;C08J9/26;C08J3/075
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明涉及一種簡單高效制備功能化纖維素納米粒子的方法，屬于高分子化學領域。本發明提供一種功能化纖維素納米粒子的制備方法，所述方法包括：1)將再生纖維素水凝膠/氣凝膠與功能單體乳酸充分混合均勻；2)對反應體系除水；3)加入催化劑常壓狀態下混合0.2～1小時；4)熔融共縮聚反應得到反應產物；5)對反應產物進行純化處理得到功能化纖維素納米粒子前驅體，然后將所述功能化前驅體分散到有機溶劑中，超聲處理0.5～2小時得到功能化纖維素納米粒子。本發明中功能化纖維素納米粒子的制備方法避免了高壓均質、水解、酶解、溶劑交換、離心提純、透析等一系列復雜操作，制備條件簡單，周期短，成本低。

技術領域

本發明涉及一種簡單高效制備功能化纖維素納米粒子的方法，屬于高分子化學領域。

背景技術

隨著工業生產技術的快速發展，環境問題越發嚴重，利用天然可再生資源代替不可再生的化石能源制備環境友好的綠色可降解產品成為科技發展的趨勢。纖維素是自然界中含量豐富，綠色且生物可降解的一種天然高分子，正好滿足了這一需求。而在這個領域中，納米纖維素在綜合了纖維素的基本性質(較好的化學修飾能力，低密度，優異的機械性能等)的同時，又具備有納米材料的優勢(高比表面積，突出的增強能力)，因此吸引了廣泛關注。然而納米纖維素的表面能較高，且表面羥基之間存在強烈的氫鍵作用，因此納米纖維素易團聚。且由于缺乏高效的制備納米纖維素的方法，納米纖維素的應用受到很大的限制。

目前常規的制備納米纖維素(纖維素納米微晶，微晶纖維素，纖維素納米粒子)的方法通常包括酶水解或酸水解，生物合成法以及化學隔離或者物理隔離等。這些提取納米纖維素的過程復雜，成本較高。化學提取過程不僅操作繁雜，且需嚴格控制反應參數 (酸的種類，濃度，配比，反應時間)；而通過高壓均質器，微射流機，磨床等設備制備納米纖維素的方法通常能耗高，且納米纖維素粒徑尺寸分布較寬；生物合成法制備納米纖維素，其過程復雜，效率低，周期長，成本也相對較高。此外，用這些方法制備得到的納米纖維素通常是親水的，需配制成低濃度的水相懸浮液進行保存和運輸，加大了其成本。

為了拓寬納米纖維素的應用，常常需要對其進行功能化改性。但傳統方法中，納米纖維素的制備和其功能化是完全獨立的過程，這也使功能化的納米纖維素的制備變的復雜。例如：對納米纖維素進行表面接枝改性是纖維素功能化改性的常見方法。但常規接枝改性多采用溶劑交換的方法，需將水置換成為有機溶劑，再對納米纖維素進行接枝改性。該過程不僅復雜，且使用大量的有機溶劑，不僅接枝效率低，環境污染也嚴重。

針對上述缺陷，本發明的申請人在申請號為201611030886.X的專利申請中公開了一種超臨界二氧化碳作為溶劑的纖維素接枝改性的方法，該方法以再生纖維素氣凝膠為基體，采用超臨界二氧化碳作為反應溶劑及產物提純溶劑的方法制備再生纖維素氣凝膠接枝物，從而開發了一種用于纖維素接枝改性的綠色高效的方法。

本發明申請人致力于纖維素改性的研究，發現現有技術中尚未有以再生纖維素氣凝膠或水凝膠為基體，采用乳酸為功能單體來制備纖維素納米粒子的報道。

發明內容

針對上述現狀，本發明提供一種功能化纖維素納米粒子的制備方法，該方法簡單高效、成本低、周期短，無需酶水解、酸水解以及復雜的提純過程和昂貴的實驗設備；并且所制得的功能化纖維素納米粒子可以其功能化前驅體的方式進行保存和運輸，待使用時將其分散在甲苯和二甲基亞砜中得到功能化纖維素納米粒子即可。

本發明的技術方案：

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種功能化纖維素納米粒子的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：