[發明專利]氨基甲酰乙基微纖化纖維素及其制備方法

有效

• 申請號: 201811092807.7
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109369810B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 陳京環;劉金剛;蘇艷群;杜艷芬;張瑞娟;許澤紅
• 申請（專利權）人: 中國制漿造紙研究院有限公司
• 主分類號: C08B11/15
• 分類號: C08B11/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種微纖化纖維素的制備方法，該方法通過氨基甲酰乙基化預處理結合機械解離的方式制備了微纖化纖維素。首先將纖維素原料浸入到含有醚化劑和催化劑的水溶液中，預浸漬后進行濃縮，將濃縮物加熱醚化后，用水洗滌至中性，再將產物進行機械解離，得到氨基甲酰乙基微纖化纖維素。本發明方法以水為反應介質，預處理條件溫和，制備方法成本低，污染負荷小，適合工業化規模生產。本發明提供的微纖化纖維素產品，表面富含氨基甲酰乙基官能團，應用前景廣泛。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種氨基甲酰乙基微纖化纖維素及其制備方法。

背景技術

納米纖維素作為新一代綠色功能材料已得到了業界的普遍關注。它由天然纖維素纖維制備而得，根據制備方法、尺寸和來源不同可大致分為：纖維素納米晶須(nanocellulose crystal，NCC)，微纖化纖維素(microfibrillated cellulose，MFC或nanofibrillated cellulose，NFC)和細菌纖維素(bacterial cellulose，BC)。微纖化纖維素具有長徑比大、自身強度高的特點，且原材料來源廣泛、可持續獲取，自身可生物降解、生物相容性良好，兼具納米材料和天然有機高分子材料的雙重特性。與鋼材相比，微纖化纖維素的重量(比重1.6g/cm3)只有其五分之一，強度(彈性模量140GPa，明顯高于高強玻璃纖維的90GPa)卻是其五倍以上。此外，微纖化纖維素還具有熱膨脹率低、磨損小等優點，在造紙、食品、化妝品、復合材料和生物醫學領域具有巨大的潛在應用價值。

國內外微纖化纖維素的制備主要采用物理法，即通過研磨、高壓均質、微射流、超聲等機械處理將纖維素原料解離成微纖化纖維素，但該方法所需能耗高、效率低。將化學預處理與物理法相結合來制備微纖化纖維素，不僅可以降低機械解離能耗，還能夠賦予微纖化纖維素特殊的官能團。常用的化學預處理方法包括TEMPO(2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物)氧化法和羧甲基化法等。例如發明專利CN201710092572.0公開了一種采用TEMPO、高碘酸鹽、次氯酸鈉等氧化制備納米纖維素的方法，而發明專利CN01711009627.3公開了一種羧甲基納米纖維素的制備方法。前者所采用的TEMPO試劑價格極其昂貴，而后者需要用到異丙醇、乙醇等有機溶劑，成本較高，限制了微纖化纖維素的規模化生產。因此，開發一種低成本的微纖化纖維素及其制備方法具有重要的理論和實踐意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種成本較低的氨基甲酰乙基微纖化纖維素制備方法。

本發明提供的氨基甲酰乙基微纖化纖維素的制備方法，其關鍵技術在于采用堿和丙烯酰胺以水為反應介質對纖維素原料進行化學預處理，解決了現有技術化學試劑昂貴、有機溶劑使用量大、設備負荷高的問題，降低了生產成本。

本發明還提供了一種氨基甲酰乙基微纖化纖維素產品，該產品表面富含氨基甲酰乙基官能團，氮元素含量在0.1-5.0wt％之間，羧基含量在0.1-2.0mmol/g之間，纖維直徑在5nm-1um之間，纖維長度在500nm以上。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

(1)預浸漬：將纖維素原料加入醚化劑和催化劑的混合物，預浸漬后，進行濃縮；

(2)醚化：將濃縮物加熱醚化；

(3)洗滌：將產物用水反復洗滌至中性；

(4)機械解離：將產物進行機械解離處理，得到氨基甲酰乙基微纖化纖維素

所述的纖維素原料為楊木、桉木、馬尾松、落葉松、小麥秸稈、玉米秸稈、玉米芯、棉秸稈、竹子、蘆葦、蔗渣的塊狀物、粉末、漂白或未漂白漿中的一種或多種混合，其中塊狀及粉末原料需粉碎至粒度為40-80目，優選為60-80目。

所述的醚化劑為丙烯酰胺，催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨中的一種。