專利名稱：一種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法。屬于生物質(zhì)納米纖維技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)纖維素納米纖絲的分離過程主要包括預(yù)處理和機(jī)械分離。整個分離過程中運(yùn)用了兩種主要的處理方式機(jī)械處理和化學(xué)處理。機(jī)械處理中雖然消耗一定的能量，但是卻可以充分利用原材料；化學(xué)處理中，只利用了一半左右的原材料，去除另一半原材料，但是實驗中的攪拌將促進(jìn)生成化學(xué)熱量并有效的去除雜質(zhì)，這種燃燒熱是整個化學(xué)作用過程中所消耗的能量。目前有一種氧化預(yù)處理的方法，即用TEMPO為媒介催化氧化來制備纖維素納米纖 絲。TEMPO氧化是天然纖維素表面改性的一種好方法，天然纖維在溫和水溶液的環(huán)境中引入了羧基和醛基官能團(tuán)，這種方法制備的纖維對原材料的選擇要求較高。TEMPO媒介氧化后的生物質(zhì)纖維素納米纖絲的形態(tài)不發(fā)生改變，氧化只在微纖絲的表面發(fā)生并使之帶負(fù)電，這樣纖絲與纖絲之間發(fā)生排斥，從而降低纖絲間的氫鍵作用力，最終發(fā)生微纖化。這種方法條件溫和,有效的去除了木質(zhì)素,但是其成產(chǎn)成本過高。另一種采用結(jié)合機(jī)械處理和酶預(yù)處理制備纖維素納米纖絲，首先用精磨機(jī)精磨以增加細(xì)胞壁的可及性，然后再進(jìn)行酶處理，接著再精磨一次，最后將纖維素漿倒入高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)。從成本和設(shè)備角度出發(fā)，生物預(yù)處理顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢，可用專一的木質(zhì)酶處理原料以分解木質(zhì)素和提高木質(zhì)素消化率，但是生物預(yù)處理后水解得率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，采用化學(xué)預(yù)處理結(jié)合機(jī)械分離法制備生物質(zhì)纖維素納米纖絲，然后將生物質(zhì)纖維素納米纖絲懸濁液制備成薄膜。本發(fā)明技術(shù)解決方案利用廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，包括如下工藝步驟，一、化學(xué)預(yù)處理；二、機(jī)械分離；三、制備薄膜。本發(fā)明的積極效果通過酸堿預(yù)處理結(jié)合研磨木粉來制備纖維素納米纖絲，在酸堿預(yù)處理中用到的都是濃度很低的酸堿水溶液，相對于強(qiáng)酸預(yù)處理反應(yīng)溫和，主要用亞氯酸鈉在酸性條件下去除木粉中的木質(zhì)素，再用稀釋的氫氧化鉀去除木粉中半纖維素，剩下的基本是纖維素，最后用稀鹽酸對纖維素進(jìn)行開纖處理。開纖處理是為了降低纖絲內(nèi)部間氫鍵作用力，從而在經(jīng)過機(jī)械處理后得到高長徑比的生物質(zhì)纖維素納米纖絲。利用鹽酸處理后，有助于除去纖維中的礦物質(zhì)，此外，鹽酸處理還可對純化纖維素中的堿不溶半纖維素產(chǎn)生影響，能夠起到進(jìn)一步純化纖維素纖維的效果。提取過程中的化學(xué)組分可以通過傅里葉變換紅外進(jìn)行檢測。機(jī)械處理中，研磨處理簡單易操作，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。廢紙漿纖維素納米纖絲膜的彈性模量為2901. 14MPa，拉伸強(qiáng)度為63. 26MPa。具體實施方式

實施例一、化學(xué)預(yù)處理，
1)精確稱量出4g回收的廢紙，將其溶于150ml蒸餾水中，用粉碎機(jī)將濕潤的回收廢紙粉碎成紙衆(zhòng)；
2)在紙漿中加入0.5ml冰醋酸和0.6g亞氯酸鈉，用玻璃棒攪拌均勻，用保鮮膜封住杯口，放入75°C恒溫水浴鍋中加熱lh，杯中放入磁石進(jìn)行不斷攪拌，使得反應(yīng)更加充分，攪拌I小時后向燒杯中繼續(xù)加入O. 5ml冰醋酸和O. 6g亞氯酸鈉，繼續(xù)在75°C水浴鍋中恒溫加熱lh，如此重復(fù)2次，直到樣品變白，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗進(jìn)行過濾，并用蒸餾水不斷洗滌試樣直到過濾液成中性，以去除廢紙中殘留的木質(zhì)素，得到綜纖維素纖維；
3)將棕纖維素纖維裝入250ml燒杯中，倒入150ml質(zhì)量濃度為4%的氫氧化鉀溶液，用保鮮膜封住杯口后放入90°C恒溫水浴鍋中加熱2h，并在杯中放入磁石不斷攪拌，攪拌2小時后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌，以除去棕纖維素中的半纖維素，直到過濾液第一次成中性；
4)將第一次成中性的過濾液樣品倒入到250ml燒杯中，加入150ml質(zhì)量濃度為6%的氫氧化鉀溶液，用保鮮膜封住杯口，然后放入90°C水浴鍋中恒溫加熱2h，并用磁石不斷攪拌，攪拌2小時后用真空過濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌數(shù)次，直到pH值在7左右，這樣得到純化纖維素纖維；
5)將純化纖維素纖維倒入250ml燒杯中，加入150ml濃度為1%的鹽酸,用保鮮膜封住杯口，放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2h，并用磁石進(jìn)行攪拌，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌，直到過濾液第二次成中性；
6)將第二次成中性的過濾液配置成質(zhì)量濃度為1%的水懸濁液，然后進(jìn)行研磨處理 磨盤之間間隙為0，研磨次數(shù)為30次，研磨轉(zhuǎn)速為1500rpm，制得樣品；
二、機(jī)械分離，采用研磨法將化學(xué)預(yù)處理后的樣品配置成1%質(zhì)量濃度的懸濁液后加入到250ml的燒杯中，在研磨機(jī)出料口放置一個250ml的空燒杯以盛放出料樣品，空燒杯要浸入到裝有冰水的容器中，以防止研磨樣品溫度過高發(fā)生降解，打開研磨機(jī)開關(guān)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500rpm，旋轉(zhuǎn)研磨轉(zhuǎn)盤距離旋鈕，當(dāng)刻度達(dá)到O時倒入樣品，研磨30次，制得紙漿纖維素納米纖絲；
所述的制得紙漿纖維素納米纖絲，可通過四種不同的方法制得木質(zhì)纖維素納米纖絲，第一種，纖維素纖維經(jīng)過研磨機(jī)預(yù)處理30min，得到纖維素微米纖維素，之后利用細(xì)胞粉碎機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))超聲處理60min，得到紙漿纖維素納米纖絲；第二種，纖維素纖維經(jīng)過研磨機(jī)預(yù)處理30min，之后將得到的微米纖維素在高壓均質(zhì)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))中均質(zhì)8次，得到木質(zhì)纖維素納米纖絲；第三種，纖維素纖維在研磨機(jī)中研磨60min得到紙漿纖維素納米纖絲；第四種，纖維素纖維在細(xì)胞粉碎機(jī)中預(yù)處理60min，之后在高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)8次，得到紙漿纖維素納米纖絲。以機(jī)械分離方法中的木質(zhì)纖維始終保持水潤脹狀態(tài)，以防止纖絲間的聚集。三、制備成膜1)將機(jī)械分離后的紙漿纖維素納米纖絲取200ml；
2)利用真空抽濾泵和布氏漏斗進(jìn)行抽濾，樣品因失水而成紙漿纖維素納米纖絲薄膜，紙漿纖維素納米纖絲薄膜直徑為90mm ；
3)用兩塊玻璃板平壓夾持的紙漿纖維素納米纖絲薄膜放入干燥箱中55°C烘干，用時48小時。紙漿纖維素納米纖絲薄膜的彈性模量為2901. 14MPa，拉伸強(qiáng)度為63. 26MPa。納米纖維素的應(yīng)用
纖維素納米纖絲薄膜被廣泛用作填充物，以提高塑料、橡膠和其他產(chǎn)品的強(qiáng)度、韌度等性能。在表面功能性與調(diào)控方面可用于具有疏水性或者親水性的生物傳感器。纖維素納米纖絲薄膜在醫(yī)學(xué)方面可以用于人造皮膚、人工血管、神經(jīng)縫合的保護(hù)蓋罩、訓(xùn)練用微手術(shù)模型、動物傷口敷料等領(lǐng)域。納米纖維素在做細(xì)胞工程支架材料時，其作用是提供傳導(dǎo)性能 和結(jié)構(gòu)支撐，并改進(jìn)支架的多孔性；在藥品封裝中使用，可控制活性組分的傳輸。聚合物納米纖維材料也可用于人體皮膚創(chuàng)傷和燒傷處理，而作為止血材料亦具有獨(dú)特的性能。采用靜電紡絲的方式將生物可降解聚合物直接噴灑于人體皮膚的損傷部位，形成纖維網(wǎng)狀包扎層，可促進(jìn)皮膚組織生長而使傷口愈合，同時可減輕或消除傳統(tǒng)創(chuàng)傷處理方式造成的疤痕。光學(xué)性能方面，利用它的增強(qiáng)性能可以開發(fā)出新型的柔性顯示器、印刷電子器件顯示器、太陽能電池、燃料電池、醫(yī)療傳感器以及精密光學(xué)儀器及配件等。最近稻草(含有纖維素)被用來生產(chǎn)纖維，進(jìn)而紡成織物，類似棉花或亞麻，而且可在普通的紡織機(jī)器上紡織，用羽毛和稻草生產(chǎn)出來的布適用于地毯、汽車和建筑，成本更低，性能更好。
權(quán)利要求
1.ー種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，其特征是該方法包括如下エ藝步驟，一、化學(xué)預(yù)處理；ニ、機(jī)械分離；三、制備薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，其特征是所述的化學(xué)預(yù)處理工藝步驟一，包括 1)精確稱量出4g回收廢紙，將其溶于150ml蒸餾水中，用粉碎機(jī)將濕潤的回收的廢紙粉碎成紙衆(zhòng)； 2)在紙漿中加入0.5ml冰醋酸和0.6g亞氯酸鈉，用玻璃棒攪拌均勻，用保鮮膜封住杯ロ，放入75°C恒溫水浴鍋中加熱lh，杯中放入磁石進(jìn)行不斷攪拌，使得反應(yīng)更加充分，攪拌I小時后向燒杯中繼續(xù)加入0. 5ml冰醋酸和0. 6g亞氯酸鈉，繼續(xù)在75°C水浴鍋中恒溫加熱I小時，如此重復(fù)2次，直到樣品變白，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗進(jìn)行過濾，并用蒸餾水不斷洗滌試樣直到過濾液成中性，以去除回收廢紙中殘留的木質(zhì)素，得到綜纖維素纖維； 3)將棕纖維素纖維裝入250ml燒杯中，倒入150ml質(zhì)量濃度為4%的氫氧化鉀溶液，用保鮮膜封住杯ロ后放入90°C恒溫水浴鍋中加熱2小時，并在杯中放入磁石不斷攪拌，攪拌2小時后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌，以除去棕纖維素中的半纖維素，直到過濾液第一次成中性； 4)將第一次成中性的過濾液倒入到250ml燒杯中，加入150ml質(zhì)量濃度為6%的氫氧化鉀溶液，用保鮮膜封住杯ロ，然后放入90°C水浴鍋中恒溫加熱2h，并用磁石不斷攪拌，攪拌2小時后用真空過濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌數(shù)次，直到PH值7，這樣得到純化纖維素纖維； 5)將純化纖維素纖維倒入250ml燒杯中，加入150ml濃度為1%的HC1，用保鮮膜封住杯ロ，放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2小時，并用磁石進(jìn)行攪拌，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌，直到過濾液成第二次中性； 6)將第二次成中性的過濾液制得樣品配置成質(zhì)量濃度為1%的水懸濁液，然后進(jìn)行研磨處理磨盤之間間隙為0，研磨次數(shù)為30次，研磨轉(zhuǎn)速為1500rpm，即得到樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，其特征是所述的機(jī)械分離エ藝步驟ニ，采用研磨法將化學(xué)預(yù)處理后的樣品配置成1%質(zhì)量濃度的懸濁液后加入到250ml的燒杯中，在研磨機(jī)出料ロ放置ー個250ml的空燒杯以盛放出料樣品，空燒杯要浸入到裝有冰水的容器中，以防止研磨樣品溫度過高發(fā)生降解，打開研磨機(jī)開關(guān)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500rpm，旋轉(zhuǎn)研磨轉(zhuǎn)盤距離旋鈕，當(dāng)刻度達(dá)到0時倒入樣品，研磨30次，制得紙漿纖維素納米纖絲；機(jī)械分離方法中的纖維始終保持水潤脹狀態(tài)，以防止纖絲間的聚集。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種利用木粉制備纖維素納米纖絲薄膜，其特征是所述的制得紙漿纖維素納米纖絲，通過四種不同的方法制得紙漿纖維素納米纖絲，第一種，纖維素纖維經(jīng)過研磨機(jī)預(yù)處理30min，得到纖維素微米纖維素，之后利用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理60min，得到紙漿纖維素納米纖絲；第二種，纖維素纖維經(jīng)過研磨機(jī)預(yù)處理30min，之后將得到的微米纖維素在高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)8次，得到纖維素納米纖絲；第三種，纖維素纖維在研磨機(jī)中研磨60min得到紙漿纖維素納米纖絲；第四種，纖維素纖維在細(xì)胞粉碎機(jī)中預(yù)處理60min，之后在高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)8次，得到紙漿纖維素納米纖絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，其特征是所述的制備成膜エ藝步驟三，包括 1)將機(jī)械分離后的紙漿纖維素納米纖絲，取200ml； 2)利用真空抽濾泵和布氏漏斗進(jìn)行抽濾，樣品因失水而成紙漿纖維素納米纖絲薄膜，紙漿纖維素納米纖絲薄膜直徑為90mm ； 3)用兩塊玻璃板平壓夾持的紙漿纖維素納米纖絲薄膜放入干燥箱中55°C烘干，烘干48小時。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用回收的廢紙制備纖維素納米纖絲薄膜的方法，工藝步驟包括，化學(xué)預(yù)處理；機(jī)械分離和制備薄膜。優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是通過酸堿預(yù)處理結(jié)合研磨木粉制備而成，主要用亞氯酸鈉在酸性條件下去除木粉中的木質(zhì)素，再用稀釋的氫氧化鉀去除木粉中半纖維素，剩下的基本是纖維素，最后用稀鹽酸對纖維素進(jìn)行開纖處理。開纖處理降低了纖絲內(nèi)部間氫鍵作用力，得到高長徑比的生物質(zhì)纖維素納米纖絲。利用鹽酸處理除去了纖維中的礦物質(zhì)，對純化纖維素中的堿不溶半纖維素產(chǎn)生影響，達(dá)到純化纖維素纖維的效果?；瘜W(xué)組分通過傅里葉變換紅外進(jìn)行檢測。研磨處理簡單易操作，可進(jìn)行大批量生產(chǎn)。彈性模量為2901.14MPa，拉伸強(qiáng)度為63.26MPa。
文檔編號D21F13/00GK102817276SQ201210282759
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者李愛軍, 李大綱, 顧文彪, 薛瑩瑩, 胡月, 潘佳, 陳振東, 李明珠, 李雪婷 申請人:襄垣縣鑫瑞達(dá)連氏塑木制造有限公司, 南京贏嘉包裝有限責(zé)任公司