一種簡(jiǎn)便快速的纖維素納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種簡(jiǎn)便快速的纖維素納米纖維的制備方法。首先采用化學(xué)試劑對(duì)微晶纖維素進(jìn)行表面羧基化處理，使微晶纖維素的表面帶上一定量的羧酸根離子；將羧基化的微晶纖維素的水懸浮液進(jìn)行高速攪拌后，即得具有高長(zhǎng)徑比的纖維素納米纖維。本發(fā)明方法適用于從各種天然植物制備的纖維素原漿的羧基化和納米化過(guò)程，易于大規(guī)模推廣，且本發(fā)明方法中所用試劑都是常見試劑，價(jià)格便宜，且制備過(guò)程簡(jiǎn)便快速，所得纖維素納米纖維具有超高長(zhǎng)徑比，解決了目前纖維素納米纖維制備過(guò)程復(fù)雜、成本高等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種簡(jiǎn)便快速的纖維素納米纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種以從天然纖維植物提取的微晶纖維素為原料來(lái)制備高長(zhǎng)徑比的纖維素納米纖維的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了應(yīng)對(duì)當(dāng)今世界能源、資源和環(huán)境等問(wèn)題，發(fā)展綠色、環(huán)保、可再生和可降解的材料已成為熱點(diǎn)話題。纖維素可從天然植物提取而得，是地球上最豐富的天然高分子，具有可再生、可生物降解和生物相容等優(yōu)點(diǎn)。采用不同的提取方法，可以得到不同形貌的纖維素，主要有微晶纖維素、纖維素微纖、纖維素納米晶等。尤其重要的是纖維素納米晶，其直徑約幾到十幾納米，長(zhǎng)度約幾十到幾百納米甚至幾微米，是一種具有一定長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)纖、針狀或棒狀)的高強(qiáng)度(理論值250Gpa)和低密度的納米材料，其有望在醫(yī)用、生物、食品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是其作為增強(qiáng)材料來(lái)制備可高強(qiáng)度低密度的復(fù)合材料也有很大的前
旦
-5^ O
[0003]目前，制備纖維素納米晶的方法大多是采用硫酸、鹽酸或氫溴酸來(lái)水解，而這種方法多大得到的是棒狀或針狀的，且產(chǎn)率不高。雖然，通過(guò)TEMPO試劑可以制備長(zhǎng)纖狀的纖維素納米晶即纖維素納米纖維，但是TEMPO試劑比較昂貴，制備過(guò)程較復(fù)雜苛刻，工業(yè)化生產(chǎn)成本高。因此，開發(fā)簡(jiǎn)便快捷、低成本、高產(chǎn)率的纖維素納米纖維的制備方法將是一個(gè)丞待解決的重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了得到高長(zhǎng)徑比的纖維素納米纖維，解決制備過(guò)程復(fù)雜、成本高等問(wèn)題而提供一種簡(jiǎn)便快速的纖維素納米纖維的制備方法。
[0005]本發(fā)明方法的思路:首先采用化學(xué)試劑對(duì)微晶纖維素進(jìn)行表面羧基化處理，使微晶纖維素的表面帶上一定量的羧酸根離子；將羧基化的微晶纖維素的水懸浮液進(jìn)行高速攪拌后，即得具有高長(zhǎng)徑比的纖維素納米纖維。
[0006]具體步驟為:
(I)將2~4質(zhì)量份的微晶纖維素加去離子水?dāng)嚢璺稚⒑蟪闉V干并稱濕重，得出吸水重量記為m。
[0007](2)將I質(zhì)量份的氫氧化鈉和9-m質(zhì)量份的去離子水加入到三口燒瓶中，待氫氧化鈉完全溶解后，在超聲分散作用下加入無(wú)水乙醇，使之混合均勻制得淡藍(lán)色溶液，所述無(wú)水乙醇的加入量滿足要求:微晶纖維素與無(wú)水乙醇的質(zhì)量體積比為I克:50毫升。
[0008](3)在步驟(2)制得的淡藍(lán)色溶液中加入步驟(1)抽濾干的微晶纖維素，攪拌均勻后于30°C下堿化30分鐘，然后加入與氫氧化鈉等質(zhì)量的氯乙酸，于70°C下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后采用多次抽濾/分散/水洗的方法除去可能溶解的羧甲基纖維素鈉，即得羧基化的微晶纖維素濾餅。
[0009](4)將步驟(3)制得的羧基化的微晶纖維素濾餅加入到一定量的去離子水中配成質(zhì)量百分比濃度為0.25?的纖維素分散液，并調(diào)節(jié)pH值至l0-ll，浸泡4-12小時(shí)后以8000^28000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速高速攪拌5~10分鐘，然后將所得的粘稠液加去離子水稀釋至纖維素質(zhì)量百分比濃度為0.24、.26%，再于12000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心5分鐘后除去下層的未剝離的長(zhǎng)纖維，上層液即為纖維素納米纖維的水分散體系。
[0010]所述微晶纖維素是從天然植物提取而得的纖維素原漿，其主要成分為纖維素，具有較高的結(jié)晶度，是一種直徑為10-20微米而長(zhǎng)度在毫米級(jí)的纖維狀材料。
[0011]所述化學(xué)試劑及原料的純度均為分析純及以上純度。
[0012]本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明方法適用于從各種天然植物制備的纖維素原漿的羧基化和納米化過(guò)程，易于大規(guī)模推廣。
[0013](2)本發(fā)明方法中所用試劑都是常見試劑，價(jià)格便宜，且制備過(guò)程簡(jiǎn)便快速，所得纖維素納米纖維具有超高長(zhǎng)徑比，解決了目前纖維素納米纖維制備過(guò)程復(fù)雜、成本高等問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的劍麻纖維素納米纖維的X-ray衍射圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的劍麻纖維素納米纖維的透射電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不局限于以下實(shí)施例，以下實(shí)施例中所使用的化學(xué)試劑和原料均為分析純。
[0017]實(shí)施例:
(I)將7克劍麻微晶纖維素加去離子水?dāng)嚢璺稚⒑蟪闉V干并稱濕重，得出吸水重量記
為 IIlo
[0018](2)將3.5克氫氧化鈉和(31.5_m)克去離子水加入到三口燒瓶中,待氫氧化鈉完全溶解后，在超聲分散作用下加入350毫升無(wú)水乙醇，使之混合均勻制得淡藍(lán)色溶液。
[0019](3)在步驟(2)制得的淡藍(lán)色溶液中加入步驟(1)抽濾干的劍麻微晶纖維素，攪拌均勻后于30°C下堿化30分鐘，然后加入3.5克氯乙酸，于70°C下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后采用多次抽濾/分散/水洗的方法除去可能溶解的羧甲基纖維素鈉，即得羧基化的微晶纖維素濾餅。
[0020](4)將步驟(3)制得的羧基化的微晶纖維素濾餅加入到250毫升去離子水中配制纖維素分散液，并調(diào)節(jié)PH值至10.5，浸泡12小時(shí)后以28000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速高速攪拌6分鐘，然后將所得的粘稠液加去離子水稀釋至400毫升，再于12000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心5分鐘后除去下層的未剝離的長(zhǎng)纖維，上層液即為劍麻纖維素納米纖維的水分散體系。
[0021]采用X-ray衍射分析可知本實(shí)施例所制備的劍麻纖維素納米纖維的晶型結(jié)構(gòu)與劍麻微晶纖維素的保持一致，為纖維素I (見附圖1)，也就是在羧甲基化處理過(guò)程和高速攪拌過(guò)程中并沒有改變纖維素的晶型結(jié)構(gòu)；而透射電子顯微鏡測(cè)試結(jié)果表明所制備的劍麻纖維素納米纖維的直徑約幾納米，長(zhǎng)度約幾百甚至上千納米，是一種具有高長(zhǎng)徑比的納米纖維材料(見附圖2)。
【權(quán)利要求】
1.一種簡(jiǎn)便快速的纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將2~4質(zhì)量份的微晶纖維素加去離子水?dāng)嚢璺稚⒑蟪闉V干并稱濕重，得出吸水重量記為m ； (2)將I質(zhì)量份的氫氧化鈉和9-m質(zhì)量份的去離子水加入到三口燒瓶中，待氫氧化鈉完全溶解后，在超聲分散作用下加入無(wú)水乙醇，使之混合均勻制得淡藍(lán)色溶液，所述無(wú)水乙醇的加入量滿足要求:微晶纖維素與無(wú)水乙醇的質(zhì)量體積比為1克:50毫升； (3)在步驟(2)制得的淡藍(lán)色溶液中加入步驟(1)抽濾干的微晶纖維素，攪拌均勻后于30°C下堿化30分鐘，然后加入與氫氧化鈉等質(zhì)量的氯乙酸，于70°C下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后采用多次抽濾/分散/水洗的方法除去可能溶解的羧甲基纖維素鈉，即得羧基化的微晶纖維素濾餅； (4)將步驟(3)制得的羧基化的微晶纖維素濾餅加入到一定量的去離子水中配成質(zhì)量百分比濃度為0.25~2%的纖維素分散液，并調(diào)節(jié)pH值至l(Tll，浸泡1-12小時(shí)后以8000^28000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速高速攪拌5~10分鐘，然后將所得的粘稠液加去離子水稀釋至纖維素質(zhì)量百分比濃度為0.24、.26%，再于12000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心5分鐘后除去下層的未剝離的長(zhǎng)纖維，上層液即為纖維素納米纖維的水分散體系； 所述微晶纖維素是從天然植物提取而得的纖維素原漿，其主要成分為纖維素，具有較高的結(jié)晶度，是一種直徑為 10-20微米而長(zhǎng)度在毫米級(jí)的纖維狀材料； 所述化學(xué)試劑及原料的純度均為分析純及以上純度。
【文檔編號(hào)】C08B11/12GK103572394SQ201310600943
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉紅霞, 王林沖, 耿思敏 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)