[發明專利]一種雙醛纖維素納米晶須的制備方法

有效

• 申請號: 201711274555.5
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108034007B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 許淑琴;周姝妤;梁李園;陳敬華
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 張榮

本發明公開了一種雙醛纖維素納米晶須的制備方法。將棉短絨原漿經過30％的硫酸在60℃水解4～10小時后，離心洗滌并透析，超聲破碎并離心制備尺寸可控的纖維素納米晶須，產率高達～80％。采用強氧化劑NaIOsubgt;4/subgt;對纖維素納米晶須在40～90℃進行雙醛化反應2～4小時，結合超聲破碎和離心取上清步驟，制得雙醛纖維素納米晶須，尺寸范圍為100～900nm，醛基化取代度為10％～71.2％，產率高達～60％。本發明采用高碘酸鈉法制備雙醛纖維素納米晶須，醛基化度可控，晶須尺寸可控，產率高。

技術領域

本發明涉及纖維素衍生物的技術領域，尤其涉及一種雙醛化改性的纖維素納米晶須的制備方法。

背景技術

纖維素作為自然界中存在最廣泛的生物質資源，也是性能優良的天然高分子。由于天然纖維素主要以微纖維形式存在，存在非常強的分子內和分子間氫鍵網絡，導致其極難熔融和溶解。通過對纖維素分子進行不同種類的衍生化反應，包括甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素和羥丙基甲基纖維素等等，能有效改善纖維素分子的溶解性和加工性能，其衍生物形式在醫藥、食品、能源和化工領域有著廣泛應用。

纖維素納米晶須是指直徑為3～20nm，長度為100nm到幾個微米的納米晶體。它是通過化學法包括酸、堿水解，或生物法如酶降解，或機械法包括壓力、加熱爆破等手段，將纖維素微纖維中的無定形區除去，保留其結晶區，得到納米尺寸的棒狀纖維素晶體。纖維素納米晶須具有高長徑比，高比表面積，高結晶度，同時還具有生物降解性、生物相容性等優點，常用作分散劑、穩定劑、增強劑。纖維素納米晶須具有特殊的液晶行為，其懸浮液能形成手性向列液晶相。利用兼具光學和機械性能的纖維素納米晶須可作為手性無機物，碳材料或聚合物進行螺旋排列的模板，在光學器件、電池、生物傳感方面具有潛在應用。纖維素納米晶須干燥后再分散困難，通常以懸浮液形式存在，不利于運輸和保存。通過對其進行衍生化，可改善其分散性能，同時賦予其特殊的功能。然而，目前相關研究主要集中在對纖維素分子進行衍生化，例如纖維素雙醛化改性，而有關將纖維素納米晶須轉化為衍生物形式的研究卻很少。

發明內容

本發明旨在通過對纖維素納米晶須進行雙醛化改性，以拓展纖維素納米晶須的功能和應用。為實現上述目的，本發明提供了一種雙醛納米纖維素晶須的制備方法，它是以棉短絨原漿為原料，通過酸水解和強氧化劑氧化反應，再結合超聲破碎處理，制得的雙醛纖維素納米晶須尺寸可控，醛基含量可控。

一種雙醛納米纖維素晶須的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將棉短絨原漿進行機械攪拌粉碎，取50g投料于500mL?30％硫酸中，在60℃水浴下攪拌反應4～10小時。加水稀釋終止反應，離心洗滌8000rpm，10～20min，取沉淀，加純水重懸，再次離心洗滌，此步驟重復3～4次。將最終得到的乳白色懸浮液進行透析直至pH值為中性。

(2)將步驟(1)中制得的預處理產物用細胞破碎儀進行超聲處理，240W，5～30min，得到纖維素納米晶須的懸浮液，4℃保存。

(3)將步驟(2)中制得的纖維素納米晶須懸浮液調節pH值為2～4，預熱至85℃。

(4)稱取適量強氧化劑高碘酸鈉(NaIO₄)，避光溶解于純水中。將NaIO₄溶液緩慢滴加到步驟(3)中預處理的纖維素納米晶須懸浮液中，于40～90℃攪拌反應2～4小時，整個過程避光處理。向反應體系中加入乙二醇終止反應，冷卻至室溫后透析2天。收集溶液進行冰水浴超聲處理，240W，5～30min；然后離心4000～10000rpm，10～40min，取上清，得到雙醛纖維素納米晶須，4℃保存。

優選地，所述步驟(2)中所述的纖維素納米晶須的粒徑為200～1000nm。