[發(fā)明專利]一種水可再分散纖維素納晶的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910916003.2
• 申請(qǐng)日: 2019-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110818806B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐永建;張永奇;唐超群;張?zhí)m;張婭倩;師云;李偉;劉燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/02
• 分類號(hào): C08B15/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安乾方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)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(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)溫度為150?180℃，反應(yīng)時(shí)間50?80min，反應(yīng)壓力5?20MPa；過(guò)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(jī)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(fā)明制備方法通過(guò)將制備過(guò)程中副產(chǎn)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(huán)境友好和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維素納晶的分散領(lǐng)域，具體涉及一種在水性介質(zhì)中分散纖維素納晶的方法。

背景技術(shù)

纖維素納晶(Nanocrystalline Cellulose,簡(jiǎn)稱NCC)是可再生和循環(huán)的碳中性材料，其這些因素及潛在的獨(dú)特性質(zhì)，使得纖維素納晶基材料有廣泛的應(yīng)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(dǎo)致纖維素納晶儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高，同時(shí)難以預(yù)防懸浮液中細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)；另外，纖維素納晶在分散到溶劑中進(jìn)行改性和制備復(fù)合材料時(shí)，需要高的固含量。因此，必須對(duì)纖維素納晶的懸浮液進(jìn)行干燥，以降低儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本，避免懸浮液中細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)，提高纖維素納晶應(yīng)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(guò)程中，粒子間通過(guò)氫鍵、范德華力作用發(fā)生絮聚，絮聚的纖維素納晶很難用物理或化學(xué)方法再分散到原來(lái)的納米尺寸，導(dǎo)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(yīng)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(zhì)等保護(hù)膠體，使其與活性基團(tuán)之間產(chǎn)生化學(xué)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(zhì)中，通過(guò)空間穩(wěn)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(tuán)聚。但由于NCC比表面積很大，對(duì)表面活性劑的需求量也過(guò)大，而加入過(guò)多的表面活性劑不但影響了NCC與聚合物的進(jìn)一步復(fù)合，對(duì)后續(xù)表面活性劑的脫除也造成困難。二是采用化學(xué)改性的方法，通過(guò)引入空間位阻和靜電基團(tuán)，降低NCC的親水性，阻止納米纖維素間氫鍵的產(chǎn)生，化學(xué)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(yáng)離子化等。但上述反應(yīng)條件比較苛刻，所以，實(shí)際生產(chǎn)中上述兩種方法的應(yīng)用范圍受到一定的限制，因此，研發(fā)簡(jiǎn)單及環(huán)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(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單及環(huán)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(jī)溶劑中，進(jìn)行溶劑置換，使可溶性糖沉積到纖維素納晶表面，隨后經(jīng)過(guò)蒸發(fā)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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?jiǎn)挝籱l)，在加熱、加壓及攪拌的條件下于高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)溫度為150-180℃，反應(yīng)時(shí)間50-80min，反應(yīng)壓力5-20MPa；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)混合物經(jīng)過(guò)尼龍濾網(wǎng)(孔徑＜1μm)過(guò)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(jī)溶劑中，進(jìn)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(guò)程的副產(chǎn)物。