[發(fā)明專利]一種羧甲基納米纖維素材料清潔化制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711009627.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN107602709B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵自強(qiáng);魏潔;趙明;周逸;徐旗開;孫泉信;王飛俊;王文俊;王建全;張大倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);北京北方世紀(jì)纖維素技術(shù)開發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): C08B11/12
• 分類號(hào): C08B11/12;D21C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及羧甲基納米纖維素材料清潔化制備方法。將纖維素原料經(jīng)預(yù)處理、漂氧制漿、連續(xù)式氧漂、漂白、漿料的粉碎和活化、醚化、中和及純化、納米化即得羧甲基納米纖維素材料。本發(fā)明以多種秸稈與植物棄渣為原料清潔制漿制備纖維素漿料，然后再進(jìn)行羧甲基纖維素納米纖維的制備，擴(kuò)大了納米纖維素制備原料的范圍，工藝簡(jiǎn)單連貫，環(huán)保低成本，開辟了一條新的制備納米纖維素的途徑，為納米纖維素的應(yīng)用提供了廣闊的前景。通過本發(fā)明所提出的方法可以利用纖維素為原料直接制備得到功能性納米纖維素纖維，制得的改性納米纖維素含有羧基并具有良好的結(jié)晶度，且制得的納米纖維素晶粒小，這為產(chǎn)品后期的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精細(xì)化工領(lǐng)域，具體涉及一種羧甲基納米纖維素材料清潔化制備方法。

背景技術(shù)

納米纖維素材料是以棉、木、秸稈等種類的纖維素經(jīng)過酸解、酶解、堿化催化或機(jī)械剪切等技術(shù)得到的尺寸在納米級(jí)的纖維素產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)制備方法不同，納米纖維素材料主要分為納米纖維素晶體(Cellulose Nanowhiskers，縮寫CNWs)、納米纖維素(Cellulose Nanofibrils，縮寫CNFs)兩大類，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合各自有自己的性能優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外報(bào)道的納米纖維素材料制造方法主要包括：化學(xué)方法、物理方法、生物方法與合成方法等多種方法。其中，生物酶解方法耗時(shí)、費(fèi)用高且難度大，所以目前國(guó)外纖維素納米材料制備方式主要集中在物理法和化學(xué)法兩種。而化學(xué)法通常都是通過強(qiáng)酸進(jìn)行處理，比如鹽酸、硫酸或磷酸等，這些酸在纖維素酸解后回收難度大、成本高，目前只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行使用；物理法，如直接采用超聲、均質(zhì)化、機(jī)械粉碎球磨等使纖維素達(dá)到納米尺度的困難極大，導(dǎo)致產(chǎn)品的納米尺度難以控制，同時(shí)還存在強(qiáng)處理導(dǎo)致能耗高等問題，所以都未進(jìn)入應(yīng)用階段。

此外，若先將纖維素納米化，再進(jìn)行羧甲基化或酯化，由于納米纖維素在堿、有機(jī)溶劑中存在易團(tuán)聚、分散難、衍生過程難以控制、收集困難等不足，尤其是納米纖維素醚酯混合衍生材料制備難度更大，所以實(shí)現(xiàn)納米纖維素的醚化，首先要堿化，而堿化會(huì)極大破壞納米纖維素的納米特征，如若再經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)達(dá)到醚化，則繼續(xù)保持纖維素的納米形態(tài)更困難，所以難以直接制備帶有功能性基團(tuán)的納米纖維素。

目前，小麥、玉米、棉秸稈以及竹、蘆葦、稻草渣等植物纖維素產(chǎn)品來源豐富，且再生能力極強(qiáng)，但目前采取造紙與低端織造仍然是主要利用途徑，甚至仍采用焚燒等污染環(huán)境的手段處理這些產(chǎn)品，帶來了嚴(yán)重環(huán)境的污染和纖維素原料的浪費(fèi)，所以，產(chǎn)品的合理利用將是此類纖維原料的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種快速、成本低、反應(yīng)可控性強(qiáng)的、納米纖維素晶須產(chǎn)量高、對(duì)原料預(yù)處理程度要求更簡(jiǎn)單、可同時(shí)制備含有少量酯基和羧基的納米晶須和納米纖維的纖維素納米晶須和納米纖維的快速清潔制備改性納米纖維素及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種羧甲基納米纖維素材料清潔化制備方法，包括步驟：

A.原料預(yù)處理：將纖維素原料加入預(yù)浸液中預(yù)浸并且粉碎，用無氯雙氧水體系漂白去除原料中的發(fā)色團(tuán)；

B.漂氧制漿技術(shù)：預(yù)浸后的漿料經(jīng)濃縮后輸送到混合器中混合，同時(shí)加入漂白藥液I漂白物料；優(yōu)選使用高濃混合器對(duì)物料進(jìn)行混合；

C.連續(xù)式氧漂技術(shù)：混合器將漿料和漂白藥液II一起輸送到連續(xù)式氧漂機(jī)中再次漂白；

D.漿料的粉碎和活化：用粉碎機(jī)將漿料粉碎，再以有機(jī)溶劑和堿金屬化合物使纖維素溶脹；

E.醚化：加入醚化劑與有機(jī)溶劑的混合物，在50-80℃溫度下醚化；

F.中和及純化：用酸中和體系中的堿；將產(chǎn)物離心，用水洗滌后，再離心；此處優(yōu)選使用去離子水；

G.納米化：將離心物料用水稀釋后導(dǎo)入高壓均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行均質(zhì)處理得到羧甲基纖維素納米纖維，即CMNFs。