一种微纳米纤维素的制备方法技术

一种微纳米纤维素的制备方法，涉及高分子材料制备领域。将植物纤维粉碎后用NaOH预处理洗去杂质和溶解木质素；过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；将预处理后的纤维粉末再用无机酸水解，然后分离收集废酸和微纳米纤维素粘稠物，将微纳米纤维素粘稠物洗涤至中性，最后将微纳米纤维素粘稠物冷冻干燥，即得微纳米纤维素。本发明专利技术所制备的微纳米纤维素无气味、无味道、不溶于水和有机溶剂，粒径在50μm以内，为短棒状，且微纳米纤维素分散性好，稳定性高、得率最高可达71.4％。且制备过程中所产生的废酸经简单处理后可以重复利用，减少了对环境的污染；整个制备过程操作简单，成本低，耗能低。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米纤维素的制备方法
本专利技术涉及一种以植物纤维制备微纳米纤维素的方法，属于高分子材料制备领域。
技术介绍
纤维素是一种非常丰富的可再生资源，同时也是一种天然高分子材料。由于其可再生、无污染等优点，近年来受到越来越多的关注。植物纤维素可通过机械法、化学法或生物法等来制备。微纳米纤维素具有很多优良的性能，如较大的比表面积、高亲水性、高强度、高模量、高结晶度和高聚合度等，鉴于微纳米纤维素具有的这些优良性能，其在化工、食品、医药、材料等领域具有很好的潜在用途和利用价值。目前文献报道的微纳米纤维素的制备方法主要有：CN201410403739.7公开了一种微纳米纤维素的制备方法，其采用纯物理的方法来制备微纳米纤维素，先把天然纤维素经高能电子束辐照，破坏其内在结构，再用机械干法粗粉碎这些经过辐照处理的纤维素材料，然后再用水磨法对其精细化粉碎来得到微纳米纤维素。该方法对环境无污染，但其纯物理法制备，工艺比较复杂，对设备要求比较高，耗能较大，不适宜大规模生产。CN201610041262.1公开了一种甲酸预处理联合高压均质制备纳米纤维素纤丝的方法，该方法先将纤维素原料加入到甲酸溶液中加热搅拌水解得到预处理的纤维素，再将预处理的纤维素配成纤维素悬浮液，然后再用高压均质机进行均质处理，最终得到胶状的纳米纤维素纤丝产品。高压均质机目前已经成为制备微纳米纤维素常用的机械方法，然而用该种方法制备微纳米纤维素时容易造成堵塞，并且得到的产品尺寸不均，往往需要多次重复高压均质。CN201310081960.0公开了一种制备纳米纤维素的方法，该方法在植物纤维预解处理时加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧自由基及其衍生物)进行催化氧化，对氧化后的纤维进行解纤处理直至得到游离度达到50ml及以下的氧化纤维，然后对氧化纤维进行纳米化处理，最后得到纳米纤维素溶液。用该方法制备纳米纤维素，由于TEMPO催化剂昂贵并且很难进行回收再利用，所以该方法成本比较高很难实现工业化生产。CN201110002108.0公开了一种制造纳米纤维素的生物机械分丝的方法，该方法将纸浆浸泡在糖水溶液中，加入一定重量比的麦麸、蛋白胨、酵母进行发酵，发酵后对发酵浆重复研磨，制备出纳米纤维素胶体溶液，然后过滤、真空冷冻干燥得到纳米纤维素；但这种方法制备纳米纤维素反应效率低、反应时间较长。CN201610753659.3公开了一种微纳米纤维素的制备方法，该方法将纤维素原料与缓冲液、生物酶混合，酶解后过滤高温灭活，然后再细化磨浆，最后进行低温下高强微射流均质处理，冷冻干燥后即得到微纳米纤维素。但该方法反应时间长、效率低，且一般酶比较贵并且条件相对苛刻。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以植物纤维作为原料，结合物理法和化学法制备微纳米纤维素，用该方法制备的微纳米纤维素分散性好、稳定性高、尺寸均匀；并且该方法操作简单，成本较低，废酸可以重复利用，减少了环境污染，适合实现工业化生产。本专利技术所说的一种微纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：1)将植物纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末；2)按固液比为1g/20mL～1g/30mL将纤维粉末用质量分数为2％～5％的NaOH溶液在70℃～80℃条件下预处理1h～2h，目的是洗去杂质和溶解木质素；3)过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；4)按固液比为1g/20mL～1g/30mL，将预处理后的纤维粉末用质量分数为40％～60％的无机酸搅拌水解1h～3h，水解温度为40℃～60℃，然后加入1/3～2/3倍的去离子水，终止水解反应；5)将水解后的微纳米纤维素酸的悬浮液分离收集废酸和微纳米纤维素粘稠物；6)将微纳米纤维素粘稠物在1/2～1倍的去离子水中用NaOH溶液中和至中性后反复洗涤离心2-3次，或在砂芯漏斗里用过量的去离子水洗涤至中性；7)将洗涤至中性的微纳米纤维素粘稠物冷冻干燥，即得微纳米纤维素。上述所说的植物纤维原料可以是竹原纤维、竹浆纤维、木屑、蔗渣、秸秆、花生壳等。上述步骤4所说的无机酸可以是H2SO4或HCl或H2SO4与HCl的混合液，H2SO4:HCl＝5:1～3:1。本方法制备的微纳米纤维素无气味、无味道、不溶于水和有机溶剂，粒径在50μm以内，为短棒状，且微纳米纤维素分散性好，稳定性高、得率最高可达71.4％且制备过程中所产生的废酸经简单处理后可以重复利用，减少了对环境的污染；整个制备过程操作简单，成本低，耗能低。附图说明:图1为实施例1制得的微纳米纤维素的扫描电镜图。图2为实施例1中上清液中微纳米纤维素的粒径分布图。图3为实施例2制得的微纳米纤维素的扫描电镜图。图4为实施例5制得的微纳米纤维素的扫描电镜图。图5为实施例6制得的微纳米纤维素的扫描电镜图。图6为实施例7制得的微纳米纤维素的扫描电镜图。具体实施方式实施例1取20g竹原纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末。将纤维粉末用400ml质量分数为3％的NaOH溶液在70℃条件下预处理1.5h，洗去杂质和溶解木质素，处理结束后过滤，用去离子水洗涤至中性后干燥12h。然后取其中3g预处理后的纤维粉末，放入100mL三口烧瓶中；向烧瓶中加入60mL质量分数为50％的H2SO4溶液，50℃条件下水解2h。水解结束后加入20mL去离子水终止反应，冷却至室温。将水解后的混合液倒入离心管中在1000rpm下离心10min。将离心后的粘稠物置于烧杯中，加入60mL去离子水，用NaOH溶液中和至pH＝7。然后再离心、洗涤、再离心，重复三次。将最后离心得到的粘稠物经过冷冻干燥，即得到微纳米纤维素，得率为71.4％。将制得的微纳米纤维素用HITACHIS-4800扫描电子显微镜进行观察，从图1中可以看出制备出的微纳米纤维素为短棒状，粒度在50μm以内。将制得的微纳米纤维素分散在水中，超声处理10min后静置，待大部分沉淀后取其上清液，用MalvernNanoZS型马尔文激光粒度仪检测其上清液粒度分布，从图2中可以看出上清液中纤维素的粒径平均分布在300nm左右，说明制备出的微纳米纤维素除了电镜观察出的部分微米级别的纤维素外还有存在部分纳米级别的纤维素。实施例2取20g竹原纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末。将纤维粉末用450ml质量分数为3％的NaOH溶液在70℃条件下预处理1.5h，洗去杂质和溶解木质素，处理结束后过滤，用去离子水洗涤至中性后干燥12h。然后取其中3g预处理后的纤维粉末，放入100mL三口烧瓶中；向烧瓶中加入60mL质量分数为50％的HCl溶液，50℃条件下超声水解处理1.5h。结束后加入20mL去离子水终止反应，冷却至室温。将水解后的混合液倒入离心管中在1000rpm下离心10min。将离心后的粘稠物置于烧杯中，加入60mL去离子水，用NaOH溶液中和至pH＝7。然后再离心、洗涤、再离心，重复三次。将最后离心得到的粘稠物经过冷冻干燥，即得到微纳米纤维素，得率为69.8％。从图3中可以看出制备出的微纳米纤维素与实施例1中粒径和形貌特征基本一致，说明超声辅助能很好地促进水解反应，提高水解效率。实施例3竹原纤维的预处理同实施例1，,取3g预处理后的纤维粉末，放入10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳米纤维素的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1)将植物纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末；2)按固液比为1g/20mL～1g/30mL将纤维粉末用质量分数为2％～5％的NaOH溶液在70℃～80℃条件下预处理1h～2h；3)过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；4)按固液比为1g/20mL～1g/30mL，将预处理后的纤维粉末用质量分数为40％～60％的无机酸搅拌水解1h～3h，水解温度为40℃～60℃，然后加入1/3～2/3倍的去离子水，终止水解反应；5)将水解后的微纳米纤维素酸的悬浮液分离收集废酸和微纳米纤维素粘稠物；6)将微纳米纤维素粘稠物在1/2～1倍的去离子水中用NaOH溶液中和至中性后反复洗涤离心2‑3次，或在砂芯漏斗里用过量的去离子水洗涤至中性；7)将洗涤至中性的微纳米纤维素粘稠物冷冻干燥，即得微纳米纤维素。

【技术特征摘要】
1.一种微纳米纤维素的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1)将植物纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末；2)按固液比为1g/20mL～1g/30mL将纤维粉末用质量分数为2％～5％的NaOH溶液在70℃～80℃条件下预处理1h～2h；3)过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；4)按固液比为1g/20mL～1g/30mL，将预处理后的纤维粉末用质量分数为40％～60％的无机酸搅拌水解1h～3h，水解温度为40℃～60℃，然后加入1/3～2/3倍的去离子水，终止水解反应；5)将水解后的微纳米纤维素酸的悬浮液分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶李艺，左警帅，周蕾，尹应武，吐松，陈学云，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35