纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法技术

本发明专利技术公开了纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，以淀粉、植物纤维素纤维为原材料，首先分别通过酶解、化学氧化预处理和机械处理，制备获得纳米晶淀粉和纳米纤维素；然后将纳米晶淀粉、纳米纤维素与天然非粮降解淀粉混合，配成均匀的分散混合液，进行活化改性处理；接着向混合液中加入引发剂，引发双键类单体的乳液聚合反应，最终制得纳米纤维素、纳米晶淀粉与非粮降解淀粉接枝共聚物，即纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳。生物基纳米胶乳中含有的纳米纤维素、纳米晶淀粉成分对胶乳的粘结力起到显著增强作用，同时具有绿色环保、安全和可持续性等优点，能广泛应用于造纸、纺织、包装、日化、建材等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，属于化工

技术介绍
胶黏剂是指通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质，统称为胶黏剂，又叫黏合剂。按照胶黏剂的来源可以分为天然胶黏剂和合成胶黏剂，例如天然橡胶、沥青、松香、明胶、纤维素、淀粉胶等属于天然胶黏剂，而采用聚合方法人工合成的各种胶黏剂均属于合成胶黏剂的范畴。其中，合成胶黏剂采用的原材料大多数是化石类资源。进入21世纪以来，因开采、使用化石类资源造成的环境污染、温室气体排放、资源枯竭等问题越来越凸显，引起了全世界各国政府和人民的高度关注和诉求。同时，以蕴含量源丰富、价廉、可再生、绿色、环境友好的天然生物质资源，部分甚至全部取代化石类资源，已成为工业界和科学界共同研究、开发的持续热点和焦点。在胶黏剂行业，虽然合成胶黏剂的生产和应用仍占有绝大部分比例，但随着科学技术的不断发展，新型的、性能优异的、环境友好的各类天然胶黏剂已得到了蓬勃发展。目前，市场上出现的一些生物(淀粉基)胶乳产品，虽然环保且价格低廉，但普遍存在着粘结强度低、不耐水、易老化变质、稳定性差等缺点，限制了其对石油基合成胶黏剂的替代比例的提升。
技术实现思路
本专利技术针对目前合成胶黏剂、普通生物胶乳产品的缺点及不足，提供一种纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，包括以下步骤：(1)以淀粉、植物纤维素纤维为原材料，分别通过酶解、化学氧化预处理和机械处理，制备获得纳米晶淀粉和纳米纤维素；(2)将步骤(1)制备的纳米晶淀粉、纳米纤维素与天然非粮降解淀粉混合，配成均匀的分散体，接着进行活化改性处理；最后再对活化改性处理后的分散体进行乳液聚合反应，最终制得纳米纤维素、纳米晶淀粉与非粮降解淀粉乳液接枝共聚物，即纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳。进一步地，上述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其中，所述的淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉中的一种或多种。进一步地，上述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其中，所述的植物纤维素纤维是木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维、浆粕纤维中的一种或多种。进一步地，上述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其中，步骤(1)中所述酶解处理，采用复合纤维素酶，其含有内切葡聚糖酶(EG)、外切葡聚糖酶(CBH)、纤维素二糖酶(BG)；酶解处理工艺为：首先，在反应罐中加入水；然后，称取淀粉和纤维原料加入到反应罐中，配成1～10％浓度的混合液，中速搅拌；接着，加入1.0～10.0FPU/g的复合纤维素酶，加入缓冲溶液控制混合液反应体系的PH值为5.0±0.2，控制该反应体系温度为40～60℃，反应时间为1～3h。淀粉、植物纤维素纤维的绝干质量比为(1～30):1。进一步地，上述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述化学氧化预处理，是在淀粉、植物纤维素纤维酶解处理后的反应体系中加入化学氧化试剂，使氧化后的淀粉与植物纤维素纤维混合液的羧基含量至少达到0.80mmol/g及以上。进一步地，步骤(1)中所述的化学氧化处理，其中，所述化学氧化试剂为2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物、溴化钠、高碘酸钠、次氯酸钠、亚氯酸钠或过氧化氢。进一步地，步骤(1)中所述的机械处理，是采用高压均质机、研磨粉碎机、砂磨机、球磨机、超声波细胞粉碎机中的一种或多种，对分别经过酶解以及化学氧化处理的淀粉和植物纤维素纤维混合液施加机械作用，得到具有纳米尺寸的纳米晶淀粉和纳米纤维素；其中，纳米晶淀粉的粒径小于100nm，纳米纤维素的纤丝宽度小于100nm。进一步地，步骤(2)中，淀粉和植物纤维素纤维混合液与天然非粮降解淀粉的绝干质量比为(1～10):100。进一步地，步骤(2)中所述的活化改性处理是醚化、酯化、交联中的一种或多种的化学改性处理。进一步地，步骤(2)中所述的乳液聚合反应是向活化改性处理后的分散体中加入引发剂，引发双键类单体的乳液聚合反应。进一步地，步骤(2)中所述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳具有的性能指标为：粒径50～100nm；固含量50±2％；粘度≤500mPas；pH值6.0-8.0；机械稳定性(质量分数)≤0.03％；凝固物含量(质量分数)(325目)≤0.03％；表面张力40～55mN/m；玻璃化温度(Tg)10～50℃。本专利技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：①本专利技术将两种具有独特增强效应的生物质纳米材料：纳米纤维素和纳米晶淀粉与非粮降解淀粉一起，通过乳液接枝共聚合的方式，制得具有优异高粘结力特性的、纳米级尺寸的胶黏剂产品，具有高粘结力、成膜性好、抗水防油、适应性强、成本低廉等优点；②制得的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳可替代纸张涂布用的合成胶黏剂-羧基丁苯胶乳(SBR)，替代比例达到60％及以上，涂布纸的IGT印刷表面强度(反映胶黏剂的粘结力)大于2.0m/s，完全能满足纸张涂布用高性能胶黏剂的应用要求；③原材料来自可循环再生、自然界蕴含量十分丰富的生物质资源(植物纤维、淀粉等)，生物质含量高达90％，可降解，绿色环保、安全、高效；不仅可以降低终端产品的生产成本，改善性能，提高产品的竞争力，提升产品的绿色化、环保化，还可以降低对不可再生的化石资源的使用，减少环境污染负荷和碳排放，对产业结构优化、转型升级、社会可持续健康发展都具有十分重要的意义。具体实施方式本专利技术利用纳米技术、酶解技术、乳液聚合技术研发制备纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳，属于新型的生物质纳米材料，可以归于天然胶黏剂范畴。是将两种具有独特增强效应的生物质纳米材料：纳米纤维素和纳米晶淀粉与非粮降解淀粉一起，通过乳液接枝共聚合的方式，制得的一种具有优异高粘结力特性的、纳米级尺寸的胶黏剂产品，具有高粘结力、成膜性好、抗水防油、适应性强、成本低廉等优点。主要应用于造纸、纺织、印刷与包装、日化、建材、医药、电子产品等领域，发挥粘结、黏合、流变性改进、机械增强等作用。定位于对不可持续的、石油基合成胶黏剂的大比例替代。实施例1：首先制备纳米晶淀粉和纳米纤维素：在5000ml的三口烧瓶中加入2000g的水，加入40g原玉米淀粉、20g已粉碎的阔叶木纤维浆料，配成浓度约为3％的分散体，中速搅拌，加入缓冲溶液控制分散体系的PH值为5.0±0.2，加入2.0FPU/g的复合纤维素酶，水浴加热，反应温度60℃，反应时间2.5h。然后向该分散体系中依次加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)2.5g,溴化钠8.0g，次氯酸钠溶液150g，用10％浓度的氢氧化钠溶液，控制该氧化反应体系的PH值为10.5，反应温度23℃，反应时间1.5h。氧化后的淀粉与纤维素混合液的羧基含量达到1.12mmol/g。然后将混合液浓缩至2.5％的浓度，用高压均质机对该浓缩浆料进行均质化处理，压力80MPa，循环均质3遍，收集的物料即为纳米纤维素与纳米晶淀粉的均相混合体。纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备：在200ml水溶液中，加入非粮降解淀粉100g,上述制备的纳米纤维素与纳米晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)以淀粉、植物纤维素纤维为原材料，分别通过酶解、化学氧化预处理和机械处理，制备获得纳米晶淀粉和纳米纤维素；(2)将步骤(1)制备的纳米晶淀粉、纳米纤维素与天然非粮降解淀粉混合，配成均匀的分散体，接着进行活化改性处理；最后再对活化改性处理后的分散体进行乳液聚合反应，最终制得纳米纤维素、纳米晶淀粉与非粮降解淀粉乳液接枝共聚物，即纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳。

【技术特征摘要】
1.纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)以淀粉、植物纤维素纤维为原材料，分别通过酶解、化学氧化预处理和机械处理，制备获得纳米晶淀粉和纳米纤维素；(2)将步骤(1)制备的纳米晶淀粉、纳米纤维素与天然非粮降解淀粉混合，配成均匀的分散体，接着进行活化改性处理；最后再对活化改性处理后的分散体进行乳液聚合反应，最终制得纳米纤维素、纳米晶淀粉与非粮降解淀粉乳液接枝共聚物，即纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳。2.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：所述淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：所述植物纤维素纤维是木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维、浆粕纤维中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强型生物基纳米胶乳的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述酶解处理，采用复合纤维素酶，其含有内切葡聚糖酶(EG)、外切葡聚糖酶(CBH)、纤维素二糖酶(BG)；酶解处理工艺为：首先，在反应罐中加入水；然后，称取淀粉和纤维原料加入到反应罐中，配成1～10％浓度的混合液，搅拌；接着，加入1.0～10.0FPU/g的复合纤维素酶，加入缓冲溶液控制混合液反应体系的PH值为5.0±0.2，控制反应体系温度为40～60℃，反应时间为1～3h。淀粉、植物纤维素纤维的绝干质量比为(1～30):1。5.根据权利要求1所述的纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡云，叶洲，张晶，谈火英，戴玲，
申请(专利权)人：九洲生物技术苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32