[發明專利]一種微納米木質素纖維素及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810052987.X
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN110055796B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張金柱;王鵬輝;唐地源;張安;劉頂;梁蒙蒙
• 申請（專利權）人: 山東省圣泉生物質石墨烯研究院
• 主分類號: D21C5/00
• 分類號: D21C5/00;D21H11/16;C08L23/12;C08L97/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種微納米木質素纖維素及其制備方法和用途，所述微納米木質素纖維素中含有木質素結構，木質素以氫鍵和化學鍵的形式與纖維素結合；所述微納米木質素纖維素的制備方法為：將含木質素的纖維素原料分散在熱的尿素水溶液中，得到纖維素原料分散液；通過機械預處理進行剝離、磨碎，得到預處理產物；利用高壓均質機對預處理產物進行高壓均質，得到微納米木質素纖維素分散液。本發明無需脫除含木質素的纖維素原料中的木質素，利用熱的尿素水溶液并配合機械預處理和高壓均質手段制備得到產物，微納米木質素纖維素直徑為5?180nm，長徑比≥200，木質素含量為10～35wt％，改善了微納米纖維素的性能，應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，涉及一種微納米木質素纖維素及其制備方法和用途。

背景技術

隨著社會經濟的不斷發展，石油、煤炭等不可再生資源日益匱乏，環境污染等問題日益突出，可再生資源在各個領域中的應用越來越受到重視。植物纖維原料是地球上最主要的生物質資源，其高效綜合利用在整個生物質產業中將占有極為重要的地位。植物纖維主要由纖維素、木質素和半纖維素組成。纖維素是地球上廣泛存在且可再生的資源。由天然纖維素制備的納米纖維素不但具有巨大的比表面積、高親水性、高楊氏模量、高強度、良好的生物可降解性與生物相容性以及穩定的化學性能，還具有巨大的化學改性潛力，在造紙、吸附材料、電池隔膜和高性能復合材料等領域顯示出巨大的應用前景。

木質素是世界上第二位豐富的可再生資源，主要存在于纖維素纖維之間，通過形成交織網來硬化細胞壁，起抗壓作用。木質素可作為分散劑、吸附劑和增強劑等使用，具有極其廣泛的利用價值。

納米纖維素常見的制備方法有化學法、機械法、生物法和人工合成法。其中機械法制備納米纖維素對環境影響小，步驟簡單，是適合大規模商業化生產的制備方法。由于硬質的木質素交織在纖維素中間，無法直接機械剝離制備納米纖維素，目前制備納米纖維素的方法中還沒有制得高木質素含量納米纖維素的方法。現有技術中仍需要首先用酸、堿或有機溶劑對植物纖維進行預處理脫除木質素和半纖維素，再進行機械剝離，步驟繁瑣，預處理過程中使用的酸、堿或有機溶劑仍對環境造成一定污染。

CN 101949103A公開了一種微納米纖維素的制備方法，該發明利用植物秸稈直接制備，但仍使用脫木素試劑，進行脫木質素處理；CN 103194027A公開了一種納米纖維素/木質素阻光膜的制備方法，得到了高木質素含量納米纖維素材料，但制備過程中需要脫除提取木質素后進行纖維素納米化處理，再將木質素與納米纖維素混合，制備過程繁瑣復雜；CN104693464A公開了木素納米纖維素增強聚乳酸復合膜的制備方法，其采用硫酸水解-高壓均質法制備木素納米纖維素，該過程中使用硫酸，對環境影響較大。

本領域需要開發一種環保高效的制備方法，無需進行脫木質素預處理并能夠制備出高木質素含量的微納米纖維素。

發明內容

針對現有技術的問題，本發明的目的在于提供一種微納米木質素纖維素及其制備方法和用途。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種微納米木質素纖維素，其特征在于，所述微納米木質素纖維素中含有木質素結構，所述木質素以氫鍵和化學鍵的形式與纖維素結合。

在本發明中，所述微納米木質素纖維素中木質素以氫鍵和化學鍵的形式與纖維素結合，并不像現有技術中纖維素與木質素通過物理混合而產生的產品那樣只存在氫鍵的作用，而導致木質素無法與納米纖維素形成牢固的相互作用，降低微納米木質素纖維素的應用性能。

在本發明中，所述“微納米木質素纖維素”是指含有木質素結構的微納米纖維素；所述微納米木質素纖維素可以理解為含有10～35wt％木質素，且直徑尺寸在1nm～1μm以內的纖維素材料。