[發(fā)明專利]木質(zhì)纖維素的改性及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210154670.3
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114573718B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊賢鵬;王蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 西湖大學(xué)
• 主分類號: C08B15/00
• 分類號: C08B15/00;C09D101/02;A23B7/16;A23B7/154;G02B5/28
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 吉靖

本發(fā)明提供一種薄層改性木質(zhì)纖維素的制備方法、改性纖維素納米纖維絲的制備方法、薄層改性木質(zhì)纖維素的制備方法所得到的反應(yīng)副產(chǎn)物低共熔溶劑殘液作為植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用、薄層改性木質(zhì)纖維素的制備方法所得到的薄層狀改性木質(zhì)纖維素作為結(jié)構(gòu)材料和/或透明材料的應(yīng)用以及改性纖維素納米纖維絲的制備方法所得到的改性纖維素納米纖維絲在果蔬保鮮以及干涉膜制備方面的應(yīng)用。本發(fā)明可以在常壓及溫和的條件下即可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的改性，并使木質(zhì)纖維素易解纖成纖維素納米纖絲，反應(yīng)過程無需處理副產(chǎn)物，達(dá)到了環(huán)境友好、降低成本和能耗，所得的薄層狀改性木質(zhì)纖維素以及反應(yīng)副產(chǎn)物低共熔溶劑殘液、改性纖維素納米纖維絲具有多功能、高性能的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物纖維材料領(lǐng)域，涉及木質(zhì)纖維素的改性及應(yīng)用，特別是涉及一種薄層改性木質(zhì)纖維素、改性纖維素納米纖維絲的制備方法以及應(yīng)用。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素主要來源于植物細(xì)胞壁，是儲量最為豐富的生物質(zhì)資源，其綜合利用的潛能巨大。得益于多層次結(jié)構(gòu)，植物細(xì)胞壁可以通過“自上而下”的剝離提取得到高性能的纖維素納米纖絲材料。纖維素納米纖絲具有力學(xué)性能優(yōu)異、比表面積大、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性良好和密度低等特性，在納米復(fù)合材料、生物醫(yī)藥材料和光、電材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組分的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，纖維素納米纖絲的高效制備、改性與應(yīng)用還存在許多技術(shù)難題。

傳統(tǒng)的纖維素納米纖絲材料制備的代表性技術(shù)有機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法是高耗能過程，化學(xué)法需使用大量的化學(xué)品，并需處理酸、堿、鹽或氧化劑等反應(yīng)副產(chǎn)物。能耗與化學(xué)品后處理兩個因素使得纖維素納米纖絲的成本高昂，制約了大規(guī)模應(yīng)用。另外，纖維素納米纖絲的性能與應(yīng)用未得到充分探索。介于植物細(xì)胞壁微纖維和纖維素納米纖絲之間的薄層狀結(jié)構(gòu)被長期忽視。因此，低能耗、無需后處理的纖維素納米纖絲制備與改性技術(shù)，纖維素納米纖絲的新性能與應(yīng)用，植物細(xì)胞壁的層狀結(jié)構(gòu)代表著木質(zhì)纖維素材料的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種薄層狀改性木質(zhì)纖維素的制備方法。

為此，本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種薄層狀改性木質(zhì)纖維素的制備方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

1)、反應(yīng)型低共熔溶劑的制備：

將一定化學(xué)計(jì)量比的氫鍵受體和氫鍵供體混合加熱，加熱溫度為70～90℃，加熱時(shí)間為15～30分鐘，形成低共熔溶劑；

所述氫鍵受體為含環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽類化合物；所述氫鍵供體為碳酰胺類化合物；

2)、木質(zhì)纖維素的表面化學(xué)改性：

將木質(zhì)纖維素原料投入所得低共熔溶劑中，固液比為1:10～1:20，加入0～5％的堿性催化劑，將整個反應(yīng)體系至于90～120℃條件下，反應(yīng)30～240min，并進(jìn)行連續(xù)磁力攪拌；

反應(yīng)結(jié)束后，用水稀釋，通過抽濾實(shí)現(xiàn)固液分離，保存液相的低共熔溶劑殘液，用大量水洗滌固相，得到薄層狀的改性木質(zhì)纖維素。

在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明還可以采用或者組合采用如下技術(shù)方案：

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：步驟1)中，所述氫鍵受體為2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，所述氫鍵供體為尿素。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：步驟2)中，所述木質(zhì)纖維素原料為生物質(zhì)為針葉木、闊葉木或禾草類中的一種，所述木質(zhì)纖維素原料中纖維素含量為30～95％，木質(zhì)素含量為0.1～30％。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：步驟2)中，所述堿性催化劑為弱酸強(qiáng)堿鹽或者強(qiáng)堿。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述弱酸強(qiáng)堿鹽為碳酸鉀或者碳酸鈉；所述強(qiáng)堿為氫氧化鉀或者氫氧化鈉。