[發明專利]一種固態礦物質酸催化水解的纖維素納米晶的制備方法

在審

• 申請號: 201810047583.1
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108219007A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 解洪祥;司傳領;楊翔皓;陳曉倩;田雨揚;馬國治;韓淑君;沈佳暉
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種固態礦物質酸催化水解的纖維素納米晶的制備方法，屬于天然高分子材料的制備領域。本發明涉及的纖維素納米晶的制備方法是利用30～55質量份的氨基磺酸或硫酸氫銨或這兩種酸的混合物和100質量份的水構成的水解液體系催化水解3～20質量份的微晶纖維素、漂白木漿、漂白草漿、棉漿、溶解漿、二次纖維、未漂木漿或未漂草漿等纖維素漿料，反應溫度為90℃～100℃，反應時間為10h～48h。該制備方法反應條件較為溫和，簡單可控，所用的酸催化劑可通過醇洗后過濾方式回收。制得的纖維素納米晶為純黑色，粒徑分布在100nm～750nm之間，有望在有色復合材料領域應用。

技術領域

本發明涉及天然高分子材料的制備領域，特別涉及一種固態礦物質酸催化的纖維素納米晶的制備方法。

背景技術

纖維素納米晶是由纖維素大分子通過分子間和分子內氫鍵相互作用形成的高度結晶納米材料。其形貌有棒狀、球形、網狀三種，其中，棒狀形貌的纖維素納米晶是最常見的一種。纖維素納米晶具有優越的物理和化學性能，比如，比表面積高，抗拉伸和抗張強度大，密度低，膨脹系數小，表面的多羥基結構容易進一步修飾等。因此，纖維素納米晶的應用研究近些年來受到廣泛關注。可應用的領域包括：食品、包裝、印刷、生物醫藥、污水處理、電子器件等。

纖維素納米晶的制備方法發展到目前已有多種，如礦物質酸水解法、有機酸水解法、酶水解法、氧化降解法等，其中礦物質酸水解法是目前最常用的制備纖維素納米晶方法。該方法是通過高濃度的礦物質酸在加熱條件下選擇性的水解纖維素漿料的無定形區而保留結晶區并拆解部分分子間氫鍵來得到纖維素納米晶。纖維素漿料包括微晶纖維素、漂白木漿、漂白草漿、棉漿等。該方法具有反應速度快，工藝簡單的特點，已公開應用的礦物質酸主要有硫酸、鹽酸、硝酸、氫溴酸、磷酸，以及上述酸的混合酸。現有礦物質酸制備方法主要存在的問題是產生的廢酸難回收利用和對設備腐蝕性大。有必要開發新型的可回收利用的礦物質酸對該方法進行改進。另外，現有方法制備的纖維素納米晶通常呈白色或者帶有一定雜色而呈淺灰色。目前還沒有關于純黑色的纖維素納米晶的制備方法公開。因此，為了滿足日益增長的應用需求有必要開發出多種類的纖維素納米晶。

發明內容

本發明主要目的在于提供一種固態礦物質酸催化水解的纖維素納米晶的制備方法，具有操作簡單，固態礦物質酸容易回收，纖維素納米晶得率高等特點。

為了實現上述目的，根據本發明的制備方法包括以下步驟：

(1)將30～55質量份的固態礦物質酸加入到10℃～30℃條件下的反應器中，然后加入100質量份的水，攪拌5min～10min，加入3～20質量份的纖維素漿料，升溫至90℃～100℃，控制反應溫度在90℃～100℃之間并持續攪拌10h～48h，然后不經冷卻直接對反應液在5000r/min～10000r/min的轉速下離心3min～10min，得上清液和沉淀兩部分；

(2)對步驟(1)中離心得到的上清液部分進行減壓蒸餾，除去40％～70％水分，然后加入30～200質量份的低分子量單羥基脂肪醇，加熱回流5min～60min，冷卻至0℃～25℃后靜置0.5h～1h，然后抽濾，回收抽濾得到的濾餅；對濾液進行減壓蒸餾，對蒸餾出的低分子量單羥基脂肪醇與水的混合物進行回收；

(3)對步驟(1)中離心得到的沉淀部分先用蒸餾水分散，采用的蒸餾水與沉淀的體積比為5∶1～10∶1，然后在5000r/min～10000r/min的轉速下離心3min～10min，此離心洗滌至少1次，離心洗滌后的沉淀部分經冷凍干燥或噴霧干燥得纖維素納米晶。

其中，在步驟(1)中，所述的固態礦物質酸為氨基磺酸、硫酸氫銨中的一種或兩種組分的混合物，由此固態礦物質酸催化水解纖維素漿料制得的纖維素納米晶呈純黑色；所述的纖維素漿料為微晶纖維素、漂白木漿、漂白草漿、棉漿、溶解漿、二次纖維、未漂木漿或未漂草漿中的一種或幾種組成的混合物；所述的攪拌為機械攪拌，轉速為100r/min～500r/min。