[發明專利]一種水可再分散纖維素納晶的制備方法

有效

• 申請號: 201910916003.2
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110818806B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 徐永建;張永奇;唐超群;張蘭;張婭倩;師云;李偉;劉燕
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安乾方知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61259
• 代理人: 胡思棉

一種水可再分散纖維素納晶的制備方法，包括以下步驟：1)以1：8～11g/ml的比例將纖維原料分散至酸濃度小于0.1％的酸溶液中，所述酸溶液為鹽酸或硫酸；在加熱、加壓及攪拌條件下進行反應；反應溫度為150?180℃，反應時間50?80min，反應壓力5?20MPa；過濾未水解纖維素，得到濾液備用；2)將所得濾液在攪拌下加至有機溶劑中，離心分離，并收集離心沉淀物；3)干燥所得沉淀物，至得到10％?20％重量的初始含水量的纖維素納晶固體。本發明制備方法通過將制備過程中副產物可溶性糖沉積在纖維素納晶表面，從而提高纖維素納晶的水可再分散性，具有環境友好和操作簡單的優點。

技術領域

本發明涉及纖維素納晶的分散領域，具體涉及一種在水性介質中分散纖維素納晶的方法。

背景技術

纖維素納晶(Nanocrystalline Cellulose,簡稱NCC)是可再生和循環的碳中性材料，其這些因素及潛在的獨特性質，使得纖維素納晶基材料有廣泛的應用潛力。目前分散良好的未改性纖維素納晶懸浮液的固含量濃度最大為1％，而剩余99％全部為水，導致纖維素納晶儲存和運輸成本高，同時難以預防懸浮液中細菌和真菌的生長；另外，纖維素納晶在分散到溶劑中進行改性和制備復合材料時，需要高的固含量。因此，必須對纖維素納晶的懸浮液進行干燥，以降低儲存和運輸成本，避免懸浮液中細菌和真菌的生長，提高纖維素納晶應用范圍。但纖維素納晶粒徑小，比表面積大，表面羥基含量豐富，干燥脫水過程中，粒子間通過氫鍵、范德華力作用發生絮聚，絮聚的纖維素納晶很難用物理或化學方法再分散到原來的納米尺寸，導致纖維素納晶材料的一些特性丟失，極大地限制了纖維素納晶的研究和應用。

目前提高纖維素納晶再分散性主要有兩種方法：一是物理方法，如加入表面活性劑、高分子電解質等保護膠體，使其與活性基團之間產生化學鍵合作用，表面活性劑的親水端吸附于納米纖維素的表面，疏水端吸附于具有合適溶解條件的基質中，通過空間穩定作用和靜電排斥作用阻止納米纖維素顆粒的沉降和顆粒間的碰撞團聚。但由于NCC比表面積很大，對表面活性劑的需求量也過大，而加入過多的表面活性劑不但影響了NCC與聚合物的進一步復合，對后續表面活性劑的脫除也造成困難。二是采用化學改性的方法，通過引入空間位阻和靜電基團，降低NCC的親水性，阻止納米纖維素間氫鍵的產生，化學法改性納米纖維素包括接枝共聚、硅烷化、TEMPO氧化、乙酰化、酯化、陽離子化等。但上述反應條件比較苛刻，所以，實際生產中上述兩種方法的應用范圍受到一定的限制，因此，研發簡單及環境友好的水可再分散纖維素納晶的制備方法顯得尤為重要。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種簡單及環境友好的水可再分散纖維素納晶制備方法。先采用極低酸濃度(≤0.1％)制備得到含纖維素納晶和可溶性糖的混合懸浮液，再將混合懸浮液滴加至有機溶劑中，進行溶劑置換，使可溶性糖沉積到纖維素納晶表面，隨后經過蒸發干燥，得到含有初始含水量10％至20％的水可再分散纖維素納晶固體形式。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種水可再分散纖維素納晶制備方法，包括以下步驟：

1)，將3-5g纖維原料分散在35-40ml鹽酸或硫酸中(纖維原料和酸溶液的比例，1:8～11g/ml，纖維原料單位g，酸溶液單位ml)，在加熱、加壓及攪拌的條件下于高壓反應釜中進行反應；反應溫度為150-180℃，反應時間50-80min，反應壓力5-20MPa；反應結束后，將反應混合物經過尼龍濾網(孔徑＜1μm)過濾得到濾液(含纖維素納晶和可溶性糖的混合懸浮液)，以分離未水解的纖維素；

2)，將得到的濾液(含纖維素納晶和可溶性糖的混合懸浮液)加至有機溶劑中，進行溶劑置換，使可溶性糖沉積到纖維素納晶表面；然后離心沉淀，取下層沉淀物備用；

3)將所得沉淀物在60℃下恒溫干燥得到含有初始含水量10％～20％的水可再分散纖維素納晶固體形式。

上述可溶性糖為步驟1)中酸水解纖維制備纖維素納晶過程的副產物。