[發明專利]一種水溶液可再分散型纖維素納米纖絲的制備方法

有效

• 申請號: 201910567064.2
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110272503B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 楊桂花;馬光瑞;和銘;陳嘉川;吉興香;李偉棟
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02;C08J3/03;C08L1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種水溶液可再分散型纖維素納米纖絲的制備方法。包括如下步驟：首先對植物纖維原料進行打漿處理，然后對其進行納米均質處理，得到CNF懸浮液，對制得的CNF懸浮液調節pH后加入一定量的氯化鉀，實施干燥處理。本發明的方法中采用機械法制備CNF，得率較高。本發明方法中經過調節pH，加鹽處理后的CNF懸浮液經真空干燥后容易水溶液再分散，且再分散后的穩定性等特性好,本方法可降低纖維素納米纖絲的貯藏、運輸成本，且操作簡單，適宜于規模化的生產。這為纖維素的高值化利用提供新思路和新方法，為獲得水溶液可再分散型CNF的制備提供了新方法。

技術領域

本發明屬于纖維素領域，具體涉及納米纖維素的制備，干燥以及水溶液再分散方法。

背景技術

纖維素是一種豐富、可再生和可生物降解的天然聚合物，在生產家庭生活用化學品和造紙、食品、印刷、化妝品、油井鉆探、制藥等行業具有十分巨大的應用前景。同時纖維素納米纖絲(CNF)因其納米尺度，高比表面積，高長徑比，較低的密度，可再生及降解性等優異特性而具有十分廣闊的應用前景。然而，CNF因其高的比表面積及其表面含有大量的羥基導致了其在干燥過程中的不可逆團聚和復合過程中CNF(薄膜或粉末)在非極性基質中的團聚；CNF無定形部分之間在干燥過程中額外氫鍵的形成導致其聚合的不可逆形成，同時，這些在干燥過程中形成的氫鍵在再分散后不會“斷裂”。

為了避免CNF干燥過程中形成不可逆的聚集體或膜狀結構，CNF必須懸浮在水中。這些問題限制了CNF在運輸、儲存和復合材料工業的規模化生產及大規模商業化應用。

有報道使用改性的方式提高納米纖維素的再分散性，其處理過程中大多使用異丙醇，氫氧化鈉，醋酸等化學試劑。這些試劑不僅對CNF本身的性質有一定的改變及影響，無法有效地維持其原本性能，而且會污染環境。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供了一種水溶液可再分散型纖維素納米纖絲的制備方法。該方法將真空干燥與pH，溫度對CNF的去質子化影響相結合，加入鹽類后經干燥制得的CNF容易水溶液再分散，是一種顯著改善CNF水溶液再分散性制備方法，同時實現了非改性處理纖維素納米纖絲水溶液再分散后不同固含的應用需求，使CNF水溶液再分散后的應用更加簡便。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

一種水溶液可再分散型納米纖維素納米纖絲的制備方法，包括：

將漿料打漿、納米均質，形成CNF懸浮液；

調節CNF懸浮液的pH值為3～4，再調節CNF懸浮液的pH值為7～8；

向pH值為7～8的CNF懸浮液加入氯化鉀，混合均勻，真空干燥，形成干燥的CNF；

將干燥的CNF再次分散到水溶液中，即得。

本申請研究發現：CNF懸浮液的pH值的酸堿調節有利于纖維素的去質子化，形成^-CNF。加入氯化鉀后，容易形成K⁺-^-CNF，在干燥的過程中這種結構將限制氫鍵的形成，降低了CNF角質化的程度，使其干燥后易于再分散。

本申請研究發現：CNF的制備方法，干燥的溫度、壓力等會對水溶液再分散后CNF懸浮液性能產生巨大影響，因此，在一些實施例中，所述打漿采用纖維解離器，轉速400～800rpm。

在一些實施例中，所述打漿后的游離度CSF為50～100mL。

高壓微射流納米均質可使介質的顆粒極度細化，均質后的產品具有不沉淀、高膠狀、高穩定性等優點，因此，在一些實施例中，所述納米均質的條件為在200～400bar下，通過200μm的腔室10～15次，1000～1500bar下，依次通過200μm和87μm腔室10～30次，制備的CNF懸浮液分散性好。