專利名稱：一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米級纖維素的制備工藝，尤其涉及一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法。
背景技術(shù)：
除了信息技術(shù)和生物技術(shù)，納米技術(shù)被認(rèn)為是我們這個(gè)時(shí)代一項(xiàng)重要的技術(shù)發(fā)展。通常情況下，納米技術(shù)關(guān)心的是尺寸在幾百納米及以下的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和影響。它的應(yīng)用在我們的日常生活中越來越廣泛，涉及到例如能源技術(shù)、環(huán)境技術(shù)、信息技術(shù)以及制藥醫(yī)療領(lǐng)域。纖維素是地球上最為常見的生物高分子，是全球最重要的循環(huán)再生原材料。作為植物支架中主要的組成，纖維素具有優(yōu)異的分子特性。纖維素中存在有序的區(qū)域(結(jié)晶區(qū))，這些區(qū)域具有納米粒子的典型尺寸(寬3-10nm，長100m)，并且通過非結(jié)晶大分子和次價(jià)鍵(氫鍵)彼此相連。現(xiàn)有技術(shù)通常只能獲得一維良好穩(wěn)定的納米纖維素，即得到的產(chǎn)物只是在橫截面方向具有納米級的尺寸，但是纖維長度都在200nm以上。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，該方法制備的纖維納米粒子的粒徑在70 lOOnm。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為—種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，包括以下步驟步驟一、對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理；步驟二、采用硫酸對所述步驟一的預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行水解處理，硫酸用量與處理產(chǎn)物的質(zhì)量比例為1 6 15，水解時(shí)間為I 2h，水解溫度為30 60°C，硫酸濃度為45 70% ；步驟三、利用所述步驟二的水解產(chǎn)物制備纖維素分散液，所述纖維素分散液的質(zhì)量濃度為O.1 10% ;步驟四、對所述纖維素分散液進(jìn)行超聲處理和攪拌處理，開且超聲處理和攪拌處理同時(shí)進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為800 lOOOrpm，超聲功率在1000 1500w，處理時(shí)間為30 60min,得到纖維素膠體溶液,其中,纖維素膠體的粒徑為70 IOOnm ；步驟五、對所述步驟四得到的纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子，所述纖維素納米粒子的粒徑為70 lOOnm。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一中，所述廢棉絨中所含的纖維素的聚合度為6000 6500。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的聚合度為20 100。
優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一中，對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理，包括步驟(I)去除廢棉絨中的雜質(zhì)，步驟(2)采用有機(jī)溶劑對步驟(I)的產(chǎn)物進(jìn)行抽提脫蠟，步驟(3)將步驟(2)的產(chǎn)物干燥。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一還包括步驟(4)采用球磨機(jī)對所述步驟(3)的產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理，球磨機(jī)功率為llkw，轉(zhuǎn)速為88rpm,球磨時(shí)間為16h。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟(2)中，有機(jī)溶劑為甲苯和乙醇的混合液，且甲苯與乙醇的體積比為1: 1，且抽提脫蠟處理在70°c下進(jìn)行。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟四中，用超純水洗滌所述步驟三的水解產(chǎn)物，直至水解產(chǎn)物的pH值達(dá)到7，再配制水解產(chǎn)物的水溶液，水解產(chǎn)物的水溶液為所述纖維素分散液。優(yōu)選的是，所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的粒徑由動(dòng)態(tài)激光散射測得。本發(fā)明制備的纖維納米粒子的粒徑在70 IOOnm ;并且，本發(fā)明不需要乳化劑，而是利用剪切或者超聲分散得到，即采用較為直接的方式得到，方法簡單；纖維素納米粒子具有20 100的聚合度；以廢棉絨為原料，提高資源的利用效率。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。本發(fā)明提供一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，包括以下步驟步驟一、對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理；步驟二、采用硫酸對所述步驟一的預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行水解處理，硫酸用量與處理產(chǎn)物的質(zhì)量比例為1 6 15，水解時(shí)間為I 2h，水解溫度為30 60°C，硫酸濃度為45 70% ；步驟三、利用所述步驟二的水解產(chǎn)物制備纖維素分散液，所述纖維素分散液的質(zhì)量濃度為O.1 10% ;步驟四、對所述纖維素分散液進(jìn)行超聲處理和攪拌處理，并且超聲處理和攪拌處理同時(shí)進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為800 lOOOrpm，超聲功率在1000 1500w，處理時(shí)間為30 60min,得到纖維素膠體溶液,其中,纖維素膠體的粒徑為70 IOOnm ；步驟五、對所述步驟四得到的纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子，所述纖維素納米粒子的粒徑為70 lOOnm。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一中，所述廢棉絨中所含的纖維素的聚合度為6000 6500。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的聚合度為20 100。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一中，對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理，包括步驟(I)去除廢棉絨中的雜質(zhì)，步驟(2)采用有機(jī)溶劑對步驟(I)的產(chǎn)物進(jìn)行抽提脫蠟，步驟⑶將步驟⑵的產(chǎn)物干燥。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟一還包括:步驟(4)采用球磨機(jī)對所述步驟(3)的產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理，球磨機(jī)功率為Ilkw,轉(zhuǎn)速為88rpm,球磨時(shí)間為16h。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟(2)中，有機(jī)溶劑為甲苯和乙醇的混合液，且甲苯與乙醇的體積比為1: 1，且抽提脫蠟處理在70°C下進(jìn)行。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟四中，用超純水洗滌所述步驟三的水解產(chǎn)物，直至水解產(chǎn)物的PH值達(dá)到7，再配制水解產(chǎn)物的水溶液，水解產(chǎn)物的水溶液為所述纖維素分散液。所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法中，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的粒徑由動(dòng)態(tài)激光散射測得。廢棉絨經(jīng)過一定的預(yù)處理后，利用球磨機(jī)進(jìn)行球磨粉碎處理，在本發(fā)明給出的球磨條件下，可以將預(yù)處理產(chǎn)物的尺寸降低至115 180 μ m，以便進(jìn)行后續(xù)的處理。上述過程中，纖維素粒子的尺寸還主要是發(fā)生宏觀的變化。水解處理將縮短纖維素的鏈長、降低纖維素的聚合度。在超聲和攪拌的共同作用下，則可以將纖維素分散液中的纖維素粒子的纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分裂，此時(shí)，這種分裂主要是在微觀層面上進(jìn)行。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定攪拌轉(zhuǎn)速為800 lOOOrpm，超聲功率在1000 1500w，處理時(shí)間為30 60min，最終得到了纖維素膠體溶液，其中，纖維素膠體溶液中的膠體粒徑已經(jīng)達(dá)到了 70 lOOnm。超聲和攪拌強(qiáng)度的提高，以及處理時(shí)間的延長都有助于促進(jìn)纖維素粒子分裂，使其形成粒徑更小的粒子。上述纖維素分散液的濃度為0.1 10%，濃度過大不利于纖維素粒子的分散，影響粒子粒徑的減小。對于纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子。冷凍干燥不會(huì)導(dǎo)致膠體的重新聚集。本發(fā)明的纖維素納米粒子的粒徑為70 lOOnm。本發(fā)明不僅得到了在三維方向上均為納米尺寸的纖維素粒子，并且粒子的粒徑分布均勻。實(shí)施例一一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，包括以下步驟:步驟一、對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括:步驟(I)去除廢棉絨中的雜質(zhì)，步驟
(2)采用有機(jī)溶劑對步驟(I)的產(chǎn)物70°C進(jìn)行下抽提脫蠟，有機(jī)溶劑為甲苯和乙醇的混合液，且甲苯與乙醇的體積比為1: 1，步驟(3)將步驟(2)的產(chǎn)物干燥；步驟二、采用球磨機(jī)對所述步驟一的預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理，球磨機(jī)功率為IIkw,轉(zhuǎn)速為88rpm,球磨時(shí)間為16h ；步驟三、采用硫酸對所述步驟二的處理產(chǎn)物進(jìn)行水解處理，硫酸用量與處理產(chǎn)物的質(zhì)量比例為:1: 10，水解時(shí)間為2h，水解溫度為50°C，硫酸濃度為65% ；步驟四、用超純水洗滌所述步驟三的水解產(chǎn)物，直至水解產(chǎn)物的pH值達(dá)到7，再配制水解產(chǎn)物的水溶液，水解產(chǎn)物的水溶液為所述纖維素分散液，所述纖維素分散液的質(zhì)量濃度為0.1% ；步驟五、對所述纖維素分散液進(jìn)行超聲處理和攪拌處理，并且超聲處理和攪拌處理同時(shí)進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為850rpm，超聲功率在1200w，處理時(shí)間為30min，得到纖維素膠體溶液，其中，纖維素膠體的粒徑為80 IOOnm ；步驟六、對所述步驟二得到的纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子，所述纖維素納米粒子的粒徑為80 lOOnm。實(shí)施例二步驟一、對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括步驟(I)去除廢棉絨中的雜質(zhì)，步驟
(2)采用有機(jī)溶劑對步驟(I)的產(chǎn)物70°C進(jìn)行下抽提脫蠟，有機(jī)溶劑為甲苯和乙醇的混合液，且甲苯與乙醇的體積比為1: 1，步驟(3)將步驟(2)的產(chǎn)物干燥；步驟二、采用球磨機(jī)對所述步驟一的預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理，球磨機(jī)功率為IIkw,轉(zhuǎn)速為88rpm,球磨時(shí)間為16h ；步驟三、采用硫酸對所述步驟二的處理產(chǎn)物進(jìn)行水解處理，硫酸用量與處理產(chǎn)物的質(zhì)量比例為1 15，水解時(shí)間為2h，水解溫度為50°C，硫酸濃度為65% ；步驟四、用超純水洗滌所述步驟四的水解產(chǎn)物，直至水解產(chǎn)物的pH值達(dá)到7，再配制水解產(chǎn)物的水溶液，水解產(chǎn)物的水溶液為所述纖維素分散液，所述纖維素分散液的質(zhì)量濃度為10% ；步驟五、對所述纖維素分散液進(jìn)行超聲處理和攪拌處理，并且超聲處理和攪拌處理同時(shí)進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，超聲功率在1500w，處理時(shí)間為60min，得到纖維素膠體溶液，其中，纖維素膠體的粒徑為70 80nm ；步驟六、對所述步驟五得到的纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子，所述纖維素納米粒子的粒徑為70 80nm。盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、對廢棉絨進(jìn)行預(yù)處理； 步驟二、采用硫酸對所述步驟一的預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行水解處理，硫酸用量與處理產(chǎn)物的質(zhì)量比例為:1: 6 15，水解時(shí)間為I 2h，水解溫度為30 60?！鉉，硫酸濃度為45 70% ； 步驟三、利用所述步驟二的水解產(chǎn)物制備纖維素分散液，所述纖維素分散液的質(zhì)量濃度為0.1 10% ； 步驟四、對所述纖維素分散液進(jìn)行超聲處理和攪拌處理，并且超聲處理和攪拌處理同時(shí)進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為800 lOOOrpm，超聲功率在1000 1500w，處理時(shí)間為30 60min，得到纖維素膠體溶液，其中，纖維素膠體的粒徑為70 IOOnm ； 步驟五、對所述步驟四得到的纖維素膠體溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素納米粒子，所述纖維素納米粒子的粒徑為70 lOOnm。
2.如權(quán)利要求1所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟一中，所述廢棉絨中所含的纖維素的聚合度為6000 6500。
3.如權(quán)利要求2所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的聚合度為20 100。
4.如權(quán)利要求3所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟一中，對廢棉絨進(jìn)行預(yù) 處理，包括:步驟(I)去除廢棉絨中的雜質(zhì)，步驟(2)采用有機(jī)溶劑對步驟⑴的產(chǎn)物進(jìn)行抽提脫蠟，步驟⑶將步驟⑵的產(chǎn)物干燥。
5.如權(quán)利要求4所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟一還包括:步驟(4)采用球磨機(jī)對所述步驟(3)的產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理，球磨機(jī)功率為IIkw,轉(zhuǎn)速為88rpm,球磨時(shí)間為16h。
6.如權(quán)利要求4所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，有機(jī)溶劑為甲苯和乙醇的混合液，且甲苯與乙醇的體積比為1: 1，且抽提脫蠟處理在70°C下進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求5所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟四中，用超純水洗滌所述步驟三的水解產(chǎn)物，直至水解產(chǎn)物的pH值達(dá)到7，再配制水解產(chǎn)物的水溶液，水解產(chǎn)物的水溶液為所述纖維素分散液。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，其特征在于，所述步驟六中，所述纖維素納米粒子的粒徑由動(dòng)態(tài)激光散射測得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用廢棉絨制備纖維素納米粒子的方法，該方法以廢棉絨為原料，經(jīng)過水解處理后，將水解產(chǎn)物制成具有一定濃度的纖維素分散液，纖維素分散液在攪拌和超聲的共同作用下，形成纖維素膠體溶液，纖維素膠體溶液經(jīng)過冷凍干燥，就得到了纖維素納米粒子。本發(fā)明制備的纖維納米粒子的粒徑在70～100nm；并且，本發(fā)明不需要乳化劑，而是利用剪切或者超聲分散得到，即采用較為直接的方式得到，方法簡單；纖維素納米粒子具有20-100的聚合度；以廢棉絨為原料，提高資源的利用效率。
文檔編號(hào)D21C5/00GK103074794SQ201310044660
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者張楠 申請人:上海同化新材料科技有限公司