一種乙?；男灾苽浼{米纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維素，特別是涉及一種乙?；男灾苽浼{米纖維素的方法，屬于納米材料以及高分子材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維素是一種具有一維納米尺寸(1-1OOnm)的纖維材料，它不僅具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)和性能，還具有納米顆粒的典型特性，如大的比表面積、強(qiáng)的吸附能力，使其在食品、化妝品、造紙和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，較常見的制備納米纖維素的方法是化學(xué)-機(jī)械法、酶水解。然而，由于纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和分子間氫鍵與范德華力的相互作用，阻礙了各類生化試劑與纖維素的充分反應(yīng)，使得纖維不易水解和細(xì)化，導(dǎo)致所得的纖維素尺寸往往為微米級(jí)別，并且大量的酸堿試劑不易回收，造成生產(chǎn)成本高、能耗大、污染嚴(yán)重等問題。Tempo氧化法制備納米纖維素的高效特性，使其在實(shí)驗(yàn)室水平得到廣泛的應(yīng)用，但Tempo氧化試劑價(jià)格昂貴，無疑加大了生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)一種簡單、高效、成本低廉的方法制備納米纖維素是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明專利的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備納米纖維素存在生產(chǎn)成本高、得率低和對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，提供環(huán)保，產(chǎn)品得率高的一種乙?；男灾苽浼{米纖維素的新方法。
[0005]本發(fā)明的原理在于首先采用預(yù)處理工藝對(duì)纖維原料進(jìn)行深度溶脹和堿化處理，然后加入乙酰化試劑對(duì)纖維原料進(jìn)行化學(xué)改性，使纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)部分改變，便于后續(xù)高壓均質(zhì)分離納米纖維素，最后通過離心工藝去除未分解完全的微米級(jí)纖維。本發(fā)明提出的乙酰化制備納米纖維素的方法所涉及的工藝技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，操作簡便，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
[0006]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種乙酰化改性制備納米纖維素的方法，包括如下步驟和工藝條件:
[0008](I)漿料干燥:將纖維原料干燥至含水率低于2% ;
[0009](2)預(yù)處理液的配制:預(yù)處理液為堿與有機(jī)溶劑組成的復(fù)合處理液，其配制方法是將堿均勻分散于有機(jī)溶劑中，不斷攪拌備用;堿與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.1-10:100;所述的有機(jī)溶劑為二甲基亞砜、N，N_ 二甲基乙酰胺或N，N_ 二甲基甲酰胺；
[0010](3)預(yù)處理工藝:在25-50°C恒溫條件下，將纖維原料分散于步驟(2)所配制的預(yù)處理液中，連續(xù)攪拌30- 120min;纖維原料與預(yù)處理液的質(zhì)量比為I _ 10:100;
[0011](4)乙?；男?將步驟(3)所得的纖維原料與預(yù)處理液混合液維持在50-120°C溫度條件下，加入改性試劑并不斷攪拌，使纖維原料與改性試劑充分反應(yīng);改性試劑與纖維原料的質(zhì)量比為1-10:1;所述的改性試劑為氯代乙酸鈉、溴代乙酸鈉；
[0012](5)洗滌工藝:通過過濾將經(jīng)步驟(3)改性后的纖維原料分離出，并用去離子水反復(fù)浸泡和洗滌，去除殘留在纖維中的雜質(zhì)；
[0013](6)高壓均質(zhì):將經(jīng)步驟(4)洗滌后的纖維原料配制成水溶液，在1000 - 3000MPa壓力下均質(zhì)；
[0014](7)高速離心:將經(jīng)步驟(6)均質(zhì)后的纖維原料水溶液在離心轉(zhuǎn)速為5000-1OOOOr條件下離心l-30min;將離心后的上清液取出，得納米纖維素。
[0015]為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的纖維原料來源于闊葉木溶解漿。
[0016]優(yōu)選地，所述的干燥是在溫度為105°C條件下進(jìn)行。
[0017]優(yōu)選地，所述的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0018]優(yōu)選地，步驟(4)反應(yīng)的時(shí)間為5 - 20h。
[0019]優(yōu)選地，步驟(5)所述的過濾是采用砂芯漏斗進(jìn)行真空抽濾。
[0020]優(yōu)選地，步驟(6)所述的均質(zhì)是采用超高壓納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行。
[0021 ]優(yōu)選地，步驟(6)所述的纖維原料配制成水溶液是將纖維原料配制成0.1 -1 %質(zhì)量濃度的水溶液。
[0022]優(yōu)選地，步驟(6)所述均質(zhì)的次數(shù)為1-10次。
[0023]優(yōu)選地，所制備的納米纖維素直徑為Ι-lOOnm，長度為100-500nm，制備方法納米纖維素的得率為30-60%。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]I)本發(fā)明首次提出乙?；男灾苽浼{米纖維素，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，得率高，藥品易回收，不污染環(huán)境。
[0026]2)本發(fā)明所獲得的納米纖維素尺寸分布均勻，其直徑為1-lOOnm，長度為100-300nmo
【附圖說明】
[0027]圖1為實(shí)施例1所獲得納米纖維素的原子力顯微鏡圖。
[0028]圖2為實(shí)施例1所獲得納米纖維素的透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更加深入理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，需要說明的是，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ] 一種乙酰化改性制備納米纖維素的方法，包括如下步驟和工藝條件:
[0032](I)漿料干燥:將纖維原料干燥至含水率低于2%。
[0033](2)預(yù)處理液的配制:將氫氧化鈉均勻分散于二甲基亞砜中，不斷攪拌備用，氫氧化鈉與二甲基亞砜的質(zhì)量比為1:100;
[0034](3)預(yù)處理工藝:在恒溫25°C條件下，將纖維原料分散于步驟(2)所配制的預(yù)處理液中，持續(xù)攪拌60min;纖維原料與預(yù)處理液的質(zhì)量比為2:100;
[0035](4)乙?；男?將步驟(3)所得的纖維原料與預(yù)處理液混合液維持在60°C條件下，加入氯代乙酸鈉并不斷攪拌，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為16h;氯代乙酸鈉與纖維原料的質(zhì)量比為2:1;
[0036](5)洗滌工藝:通過過濾將經(jīng)步驟(3)改性后的纖維原料分離出，并用大量去離子水反復(fù)浸泡和洗滌，去除殘留在纖維中的雜質(zhì)。
[0037](6)高壓均質(zhì):將經(jīng)步驟(4)洗滌后的纖維原料配制成0.1%質(zhì)量濃度的水溶液，在3000MPa壓力下均質(zhì)5次；
[0038](7)高速離心:將經(jīng)步驟(6)均質(zhì)后的纖維原料水溶液在離心轉(zhuǎn)速為1000r條件下離心1min;將離心后的上清液取出。
[0039]本實(shí)施例通過測量最終所獲取納米纖維素的克重計(jì)算出其得率高達(dá)60%(相對(duì)于原始絕干漿)。本實(shí)施例首先對(duì)纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，使纖維結(jié)構(gòu)疏松膨脹，從而促進(jìn)乙?；噭?duì)纖維的攻擊，使乙?；噭┡c纖維充分反應(yīng)，改性后的纖維導(dǎo)致纖維間的氫鍵結(jié)構(gòu)遭到破壞，通過高壓均質(zhì)便可使纖維原料快速細(xì)化，分離出納米纖維素。采用原子力顯微鏡AFM技術(shù)對(duì)納米纖維素的微觀形貌進(jìn)行分析，從圖1中可以看出本實(shí)施例所制備的納米纖維素尺寸均一，其直徑均為納米級(jí)別，原因可能在于采用離心工藝去除掉了較大尺寸的纖維。由于納米纖維素相互聚集，無法準(zhǔn)確得知其直徑和長度，為了進(jìn)一步獲取納米纖維素尺寸，采用透射電鏡TEM技術(shù)對(duì)納米纖維素的微觀形貌進(jìn)行進(jìn)一步分析，如圖2所示，可以看出本實(shí)施例獲得的納米纖維素直徑約為10nm，長度約為300nmo
[0040]本實(shí)施例所用的化學(xué)藥品均為較廉價(jià)的化學(xué)藥品，易回收，不污染環(huán)境，所涉及的工藝技術(shù)簡單易操作，相比Tempo氧化技術(shù)，具有成本低、工藝簡單、環(huán)保等優(yōu)勢。
[0041]本實(shí)施例采用乙?；夹g(shù)破壞了纖維間氫鍵，減少了機(jī)械處理時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)得率，相比傳統(tǒng)的化學(xué)-機(jī)械法、酶水解，具有能耗低、得率高等優(yōu)勢。
[0042]實(shí)施例2
[0043]一種乙?；男灾苽浼{米纖維素的方法，包括如下步驟和工藝條件:
[0044](I)漿料干燥:將纖維原料干燥至含水率低于2%。
[0045](2)預(yù)處理液的配制:將氫氧化鉀均勻分散于N，N_二甲基乙酰胺中，不斷攪拌備用，氫氧化鉀與N，N-二甲基乙酰胺的質(zhì)量比為2:100，；
[0046](3)預(yù)處理工藝:在恒溫25°C條件下，將纖維原料分散于步驟(2)所配制的預(yù)處理液中，持續(xù)攪拌30min;纖維原料與預(yù)處理液的質(zhì)量比為3:100;
[0047](4)乙酰化改性:將步驟(3)所得的纖維原料與預(yù)處理液混合液維持在90°C條件下，加入氯代乙酸鈉并不斷攪拌，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15h;氯代乙酸鈉與纖維原料的質(zhì)量比為4:1;
[0048](5)洗滌工藝:通過過濾將經(jīng)步驟(3)改性后的纖維原料分離出，并用大量去離子水反復(fù)浸泡和洗滌，去除殘留在纖維中的雜質(zhì)。
[0049](6)高壓均質(zhì):將經(jīng)步驟(4)洗滌后的纖維原料配制成0.1%質(zhì)量濃度的水溶液，在3000MPa壓力下均質(zhì)3次；
[0050](7)高速離心:將經(jīng)步驟(6)均質(zhì)后的纖維原料水溶液在離心轉(zhuǎn)速為1000r條件下離心5min;將離心后的上清液取出。
[0051]經(jīng)檢測與計(jì)算，本實(shí)施例所獲得的納米纖維素直徑約為20nm，長度約為500nm，得率為50%。
[0052]實(shí)施例3
[0053]一種乙?；男灾苽浼{米纖維素的方法，包括如下步驟和工藝條件:
[0054](I)漿料干燥:將纖維原料干燥至含水率低于2%。
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