沙柳納米纖維素的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米纖維材料領(lǐng)域，尤其涉及一種沙柳納米纖維素的制備方法及其應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維素作為自然界最普遍的有機(jī)化合物，被認(rèn)為是取之不盡的原料，由于其優(yōu)越 的化學(xué)性能和生物相容性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。從天然植物中提取的納微尺寸纖維 素不但具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)和性能，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：長徑比大、超大的比表面積、 高結(jié)晶度、低密度、較高的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度等，有廣泛的應(yīng)用潛力。
[0003] 目前生產(chǎn)纖維素的主要原料是棉和木漿柏，成本較高。而沙柳是我國西北地區(qū)常 見的沙生灌木，其纖維素含量高達(dá)48%，而木質(zhì)素、半纖維素較低，提取其纖維素，合理利 用生物質(zhì)資源，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益，目前利用沙柳提取纖維素的方法主要是酶解 法和機(jī)械法，酶解法過程復(fù)雜、成本高、耗時(shí)長而且價(jià)格昂貴，機(jī)械法對設(shè)備要求高，能耗較 大，且制得的納米纖維素粒徑分布較寬。
[0004] 有鑒于上述存在的問題，本發(fā)明使用一種新的方法進(jìn)行沙柳納米纖維素的制備， 更便捷、高效地從天然植物中獲得納米纖維素。這種方法可能具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種沙柳納米纖維素的制備方法及其應(yīng)用，采用酸水解的方法制備沙 柳納米纖維素，沙柳原料豐富易得，制備過程操作簡單，成本低廉。
[0006] 本發(fā)明提出一種沙柳納米纖維素的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將沙柳皮置于酸溶液中處理，浴比為1:20-25,溫度80-1KTC，攪拌lh，處理之 后將沙柳皮洗凈干燥并粉碎，得到沙柳微晶纖維素；
[0008] (2)將所述步驟（1)中的得到的沙柳微晶纖維素置于質(zhì)量百分含量為55-65%的 酸溶液中處理，浴比為1:10-20,在40-60°C溫度下攪拌30-90min，處理完畢后將溶液稀釋 10倍，經(jīng)過離心、透析和超聲處理得到沙柳納米纖維素。
[0009] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中酸溶液為-硝酸、鹽酸、硫酸中的一種與乙醇的混合液， 酸與乙醇的體積比為1:4-9,所述步驟（2)中酸溶液為硫酸或鹽酸溶液。
[0010] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中沙柳皮與硝酸/乙醇溶液的浴比為1:25,溫度為 l〇〇°C，硝酸與乙醇的體積比為1:4,所述步驟（2)中硫酸溶液的硫酸質(zhì)量百分含量為64%， 反應(yīng)溫度為45°C，攪拌時(shí)間為60min。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中沙柳皮在酸處理之前，還經(jīng)過預(yù)處理、脫膠和漂白處 理。
[0012] 進(jìn)一步的，所述預(yù)處理包括以下步驟：
[0013] A、將沙柳枝條曬干后粉碎，然后置于溫水中浸泡24h，洗凈后烘干，得到沙柳干燥 樣品；
[0014] B、將所述步驟A中得到的沙柳干燥樣品置于7g/L的乙酸溶液中，在50°C條件下水 浴lh，浴比為1:15,隨后清水洗凈，烘干。
[0015] 進(jìn)一步的，所述脫膠包括以下步驟：
[0016]A、第一次堿煮：將經(jīng)過預(yù)處理的沙柳皮置于15_25g/L的NaOH溶液中，浴比為 1:10-1:30,堿煮時(shí)間為 90-210min，溫度為 90-120°C。
[0017]B、第二次堿煮：將經(jīng)過第一次堿煮的沙柳皮置于15_25g/L的NaOH溶液中，溶液中 含有質(zhì)量百分含量為〇. 1-0. 2%蒽醌和/或5-10%磷酸三鈉，浴比為1:10-1:30,在120°C 保溫3. 5h。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟A中NaOH的濃度為20g/L，浴比為1:15,溫度為110°C，時(shí)間為 150min，所述步驟B中NaOH的濃度為20g/L，溶液中含有質(zhì)量百分含量為0. 1 %的蒽醌，浴 比為1:15。
[0019] 進(jìn)一步的，所述漂白包括以下步驟：
[0020] 將經(jīng)過脫膠的沙柳皮置于漂白溶液中，所述漂白溶液包括以下質(zhì)量百分含量的 組分：10-30%H202、0. 5%EDTA、0. 5%MgS04以及 5-30g/L的NaOH、浴比為 1:15,溫度為 60-100°C，時(shí)間為 60-90min。
[0021] 進(jìn)一步的，所述漂白的過程重復(fù)兩次。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種沙柳納米纖維素的應(yīng)用，將上述沙柳納米纖維素配成溶液后 加入絲素蛋白溶液中，風(fēng)干成膜。
[0023] 借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明使用沙柳作為納米纖維素制備 的原料，沙柳的來源廣泛而且價(jià)格低廉，能夠大大節(jié)約生產(chǎn)的成本，使用酸水解的方法來制 備納米纖維素，該過程簡單易行，得到的產(chǎn)品性能優(yōu)良。
[0024] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中沙柳納米纖維素的粒徑分布圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中沙柳納米纖維素的原子力顯微鏡圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中沙柳納米纖維素的原子力顯微鏡圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中沙柳納米纖維素的掃描電鏡圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例四中絲素蛋白膜和復(fù)合膜的透光率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0031] 實(shí)施例一：
[0032] 1)預(yù)處理：
[0033] 將沙柳枝條曬干。首先，將沙柳枝條粉碎，去除瑕疵，在溫水中浸泡二十四小時(shí)，洗 凈，烘干備用。然后將干燥樣放入7g/L乙酸溶液中在50°C條件下水浴lh，浴比為1:15,進(jìn) 行酸預(yù)水解。隨后用大量清水沖洗，烘干。
[0034] 2)脫膠處理：
[0035] 第一次堿煮：時(shí)間150min，溫度110°C，NaOH濃度20g/L，浴比為1:15;
[0036] 第二次堿煮：溫度120°C，時(shí)間3. 5h，蒽醌0.lwt% (質(zhì)量百分含量），NaOH濃度 20g/L，浴比為 1:15。
[0037] 3)漂白處理：
[0038] 將脫膠處理后的沙柳皮加入漂白溶液中，漂白溶液的組分為：30wt%H202, 5g/L NaOH，時(shí)間 60min，溫度 90°C，0. 5wt% 乙二胺四乙酸（EDTA)，0. 5wt%MgS04，浴比為 1:15,重 復(fù)漂白兩次。4)制備沙柳微晶纖維素：
[0039] 將漂白后的沙柳皮與配制好的硝酸/乙醇溶液在80°C油浴加熱攪拌lh，硝酸與乙 醇體積比為1:4,浴比為1:20,反應(yīng)后用硝酸和乙醇洗滌，在其他實(shí)施例中，該步驟中的酸 溶液也可以為鹽酸或硫酸，然后用熱水洗滌至接近中性，最后用無水乙醇洗滌兩次，抽干濾 液。最后將干燥后的樣品粉碎處理后得到微晶纖維素，此條件下產(chǎn)物得率68%，平均長度為 46±15以111其寬度在1〇11111左右。
[0040] 5)制備沙柳納米纖維素：
[0041] 配制64wt%硫酸備用，將沙柳微晶纖維素按照1:10的浴比加入到64wt%濃硫 酸中，在45°C水浴條件下高速磁力攪拌反應(yīng)lh，在其他實(shí)施例中，該步驟中的酸溶液也可 以為鹽酸。反應(yīng)后，加入10倍的去離子水稀釋，停止加熱，靜置冷卻，得到乳白色納米晶須 懸浮液。將懸浮溶液離心處理，在lOOOOrpm速度下離心洗滌十分鐘，去除上層清液，反復(fù) 離心直至上層溶液變色。將上層取出，放入透析袋中用去離子水透析三天，截留分子量為 8000-14000Da，直至pH~7. 0。透析后的溶液放入超聲波清洗機(jī)中冷水浴下超聲三十分鐘， 使納米晶須分散。最終得到沙柳納米纖維素懸浮液。
[0042] 所得到的沙柳納米纖維素懸浮液泛藍(lán)光，靜置一段時(shí)間后，溶液不變，不發(fā)生分 層、沉淀，所制得的沙柳納米纖維素懸浮液非常穩(wěn)定。
[0043] 圖1至4可以看出，得到的沙柳納米纖維素平均長度為274±60nm，80%的納米微 晶纖維素的長度分布集中在200-400nm之間，而其寬度在10-50nm之間，具有較大的長徑比 (>5. 0) 〇
[0044] 實(shí)施例二：
[0045] 1)預(yù)處理：
[0046] 將沙柳枝條曬干。首先，將沙柳枝條粉碎，去除瑕疵，在溫水中浸泡二十四小時(shí)，洗 凈，烘干備用。然后將干燥樣放入7g/L乙酸溶液中在50°C條件下水浴lh，浴比為1:15,進(jìn) 行酸預(yù)水解。隨后用大量清水沖洗，烘干。
[0047] 2)脫膠處理：
[0048] 第一次堿煮：時(shí)間210min，溫度90°C，NaOH濃度15g/L，浴比為1:10 ;
[0049] 第二次堿煮：溫度120°C，時(shí)間3.5h，蒽醌0.2wt% (質(zhì)量百分含量），磷酸三鈉 5wt%，NaOH濃度 15g/L，浴比為 1:10。
[0050] 3)漂白處理：
[0051] 將脫膠處理后的沙柳皮加入漂白溶液中，漂白溶液的組分為：10wt%H202, 15g/L NaOH，時(shí)間 90min，溫度 60°C，0. 5wt% 乙二胺四乙酸（EDTA)，0. 5wt%MgS04，浴比為 1:15,重 復(fù)漂白兩次。
[0052] 4)制備沙柳微晶纖維素：
[0053] 將漂白后的沙柳皮與配