[發明專利]一種低結晶度納米纖維素的制備方法

有效

• 申請號: 202011482409.3
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112482070B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 王瑋;孫旭;楊帆;馬丕明
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: D21C5/00
• 分類號: D21C5/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種低結晶度納米纖維素的制備方法，屬于天然高分子應用領域。本發明所述的制備方法，包括如下步驟：(1)用有機試劑溶脹納米纖維素；(2)將納米纖維素懸浮液和混合溶劑混合在室溫下進行處理；加過量不良溶劑終止處理過程，結束之后離心、純化，經干燥后得到低結晶度納米纖維素(粉末)；其中所述的有機試劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或幾種；所述的混合溶劑為四丁基氫氧化銨TBAH的水溶液；TBAH/有機試劑/H₂O的體積比為3～10︰110︰4.5～15。本發明得到的納米纖維素結晶度可控、流變性能優良、穩定性好，可以在食品乳化劑等領域廣泛應用；而且本發明的方法簡單可行，易于操作。

技術領域

本發明涉及一種低結晶度納米纖維素的制備方法，屬于天然高分子應用領域。

背景技術

納米纖維素由于具有質輕、可降解、優異的機械性能、大的比表面積、生物相容和可再生等特性，因而被廣泛應用于造紙、包裝、食品、化妝品以及醫學等領域。近年來，隨著新的溶劑體系的開發和應用，按需求制備可控的具有不同機械性能、熱穩定性、阻隔性能、流變性能和光學特性的納米纖維素成為可能。

目前納米纖維素的制備方法主要有化學降解法(酸解)、生物降解法(酶解)、機械降解法(采用球磨和高壓均質分散等)，或是上述制備方法的組合；而市售的納米纖維素主要有纖維素納米微晶(CNC)和納米微纖纖維素(NFC)兩種，兩者主要的區別在于長徑比不同。但盡管制備方法和種類有所差別，得到的納米纖維素的典型特征均是高結晶度。

眾所周知，納米纖維素的高結晶度賦予了其許多優良性能如高強、高模量和耐熱性等，但任何事物均有兩面性。納米纖維素表面羥基的存在，使得其具有一定的極性，這樣其與非極性材料(聚烯烴)等相容性較差；但由于氫鍵作用和高結晶的束縛作用，使得羥基的反應可及度不高，其與中等極性材料(PMMA)的相容性也是有限的，所以采用納米纖維素作為高分子材料的增強劑時，往往需要改性，以提高其與基體的相容性。此外纖維素的高結晶度還使得其阻止酶和小分子的滲透，限制了其酶和化學反應活性。

近年來，采用溶解再生法制備非晶纖維素的研究和應用逐漸增多，主要是利用纖維素溶解再生的過程中，通過控制溫度、時間等因素，使得纖維素來不及重新結晶而得到非晶纖維素。這種非晶纖維素的羥基反應可及度高；其無定形區域很容易穿透，可以與各種反應物相互作用；這些無定形區域也可引起各種不規則現象，如扭曲或空隙，可增加纖維素纖維的總表面積。目前其主要應用領域為提高纖維素酶解制備葡萄糖的產率；用作Pickering乳液的高效穩定劑；以及與PMMA有良好相容性的增強劑等。但目前文獻中關于納米尺寸的非晶或低結晶度纖維素的制備與應用尚未見到。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明提供了一種低結晶度納米纖維素的制備方法，通過調整溶劑的種類、溶劑用量、溶解與再生的時間和溫度等因素，得到了不同結晶度的納米纖維素，進而可以調整其羥基反應可及度等特性，為進一步拓寬納米纖維素的應用領域提供了可能性。本發明得到的納米纖維素結晶度可控、流變性能優良、穩定性好，可以在食品、增強劑、乳化劑等領域廣泛應用；而且本發明的方法簡單可行，易于操作。

本發明的第一個目的是提供一種制備低結晶度納米纖維素的方法，包括如下步驟:

(1)用有機試劑溶脹納米纖維素，得到納米纖維素/有機試劑懸浮液；

(2)將步驟(1)中的納米纖維素/有機試劑懸浮液和混合溶劑混合進行處理；加過量不良溶劑終止處理過程，結束之后離心、純化、干燥，得到低結晶度納米纖維素(粉末)。

在本發明的一種實施方式中，步驟(1)所述的有機試劑為二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亞砜DMSO中的一種或幾種。

在本發明的一種實施方式中，步驟(1)所述的納米纖維素為植物、細菌、動物纖維素或微晶纖維素中的一種或幾種通過酸水解、纖維素酶酶解或機械降解法制備得到的納米纖維素。