羧基纳米纤维素、其制备方法及应用技术

本发明专利技术属于材料加工领域，公开了一种羧基纳米纤维、其制备方法及应用，其中，制备方法是由微晶纤维素、过氧化氢和硫酸铜进行催化氧化反应。所得到的羧基纳米纤维素、羧基丁腈橡胶乳液和氧化锌混合，制得羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料。本发明专利技术所提供的制备方法具有工艺简便，反应无杂质残留；所得到的羧基纳米纤维素具有良好的补强效果，同时，使用羧基纳米纤维素所制成的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料，具备高延展率、高力学性能和抗菌性等特征，表现出在医用防护、食品包装等领域的巨大潜力。本发明专利技术适用于羧基纳米纤维素的制备，同时也适用于利用所得羧基纳米纤维素制备羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料。备羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料。备羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料。

【技术实现步骤摘要】
羧基纳米纤维素、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于材料加工领域，涉及一种纤维素的制备方法及应用,具体地说是一种羧基纳米纤维素的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]纤维素作为世界上储存量最多的天然有机高分子材料，凭借其优异的机械性能，生物相容性，低成本和丰富的表面化学活性，使其成为了最有前途且环保的填料粒子来代替炭黑的使用。然而，纤维素表面存在大量羟基，容易发生团聚，这将极大的影响其在橡胶基质中的分散。同时，纤维素作为一种强极性物质也不能与非极性橡胶基质形成良好的界面相容性。因此，难以将纤维素完全替代传统的炭黑补强剂用于补强橡胶。虽然国内外已有大量纤维素与橡胶共混制备复合材料的研究报道，但大部分制备出来的复合材料性能差，并存在工艺繁琐，成本高，反应周期长，产率低等缺点，不利于工业化的生产与应用。
[0003]羧基丁腈橡胶是丁腈橡胶在乳液聚合的过程中，通过在分子链上引入一定比例的丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或其衍生物单体而制备而成的一类新型合成橡胶。羧基的引入不仅可以改善其拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、硬度、粘着性和抗臭氧老化性，同时还能提高丁腈橡胶的分子极性，增大与聚氯乙烯，酚醛树脂等的相容性，提升耐油、耐化学药品侵蚀等性能。凭借其优异的性能，羧基丁腈橡胶已广泛应用于各类高压密封件、耐油橡胶件,高耐磨性的密封件、胶辊、粘合剂的生产制造，同时也可将羧基丁腈橡胶添加到丁腈橡胶、氯丁橡胶等其它通用二烯类橡胶里进行共混改性，以提高其复合材料的耐磨和耐油性能。但是羧基丁腈橡胶本身机械性能较差，无法直接用于工业化生产，通常需要添加大量的石油基化合物如炭黑等作为补强剂来达到使用标准。然而，随着石化资源的逐渐枯竭和环境问题的不断加剧，寻求绿色环保型填料粒子以代替传统补强填料成为了橡胶工业的研究重点，引起了人们广泛的关注。
[0004]除此之外，橡胶材料在医疗领域中也是被广泛使用，但是在治疗疾病过程中所使用的橡胶手套、导管一类的橡胶制品，由于保存不当或者使用时间过长，导致其内外表面存有病菌，以至于增强了病菌的传染性或对病患者造成二次感染。
[0005]因此，寻求一种纤维素改性方法，能在提高纤维素补强效果的同时，兼具在与橡胶共混制备工艺简单、成本低廉以及带有抗菌效果的复合材料，是当前研究急需解决的重点问题。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的以上不足，本专利技术旨在提供一种羧基纳米纤维素的制备方法及应用，以达到为橡胶复合材料的制备提供具有高补强、制备简单、无其它杂质残留的原料的目的。
[0007]本专利技术还提供一种羧基纳米纤维素/橡胶复合材料及其制备方法，以达到提供一种制备简单，力学和热学性能优秀以及带有抗菌效果的橡胶复合材料的目的。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种羧基纳米纤维素的制备方法，是称取微晶纤维素加入至水中，再添加过氧化氢和硫酸铜中进行催化氧化反应，得到羧基纳米纤维素；作为本专利技术的限定，所述微晶纤维素和水的重量比为1:2~3；作为本专利技术的另一种限定，所述微晶纤维素、过氧化氢和硫酸铜参与催化氧化反应的重量比为1：0.7~2.1：0.00075~0.00175；本专利技术提供了羧基纳米纤维素的制备方法用于羧基纳米纤维素的制备；本专利技术提供了一种羧基纳米纤维素的一种应用，所述羧基纳米纤维素用于混入羧基丁腈橡胶和氧化锌中制备羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料；本专利技术还提供了一种所述羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料的一种制备方法，分别称取上述羧基纳米纤维素和羧基丁腈橡胶乳液共混，得预混合物；称取氧化锌加入至预混合物中，经开练、热压处理后，得到羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料；作为本专利技术的进一步限定，所述羧基丁腈橡胶乳液的固含量为20%~40%；作为本专利技术的第三种限定，所述羧基纳米纤维素、羧基丁腈橡胶和氧化锌的重量比为0.05~0.15：1：0.05~0.1；作为本专利技术的第四种限定，所述羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料的羧基含量为2.5%~20%；作为本专利技术的第五种限定，所述热压处理的温度为130~150℃、时间为15~50min、压力为5~15MPa。
[0009]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，所取得的有益效果是：（1）本专利技术所提供的羧基纳米纤维素的制备方法是采用过氧化氢氧化催化微晶纤维素，既降低了微晶纤维素的尺寸又将其表面改性，所以在橡胶基体中表现出更好的分散和界面相容性。因此，采用本专利技术所提供的羧基纳米纤维素的制备方法具有绿色环保、制备过程简洁，成本低廉、成分简单等优点，能更好的适用于工业化生产应用；（2）本专利技术所提供的羧基纳米纤维素相比于通过传统硫酸法制备而成纳米纤维素，由于不存在其他改性物质的残留，因此热稳定性大幅度提高，能更好的应用于工业化生产开发；（3）本专利技术所提供的羧基纳米纤维素/橡胶复合材料采用氧化锌作为界面反应物，利用氧化锌中的离子键和羧基纳米纤维素，在羧基丁腈橡胶和羧基纳米纤维素之间以Zn
2+
为离子键形成强烈的相互作用力，在羧基丁腈橡胶和羧基纳米纤维素间构筑具有相对均一性良好的羧基纳米纤维素/橡胶复合材料，从而提高上述复合材料的力学性能、热学稳定性；（4）本专利技术所提供的羧基纳米纤维素/橡胶复合材料与传统的羧基丁腈橡胶/纤维素复合材料制备相比较，具有化学成分简单、绿色环保和生物相容性好等特点，并且可以通过调控氧化纳米纤维素的添加量，实现羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料的高抗菌作用，在食品包装接触材料、医用防护材料等领域中具有广阔的应用前景；综上所述，本专利技术所提供的羧基纳米纤维素的制备方法具有在加工过程和宏量制备上具有工艺简便，绿色环保，可持续发展和环境友好等优点；通过上述制备方法制备的羧基纳米纤维素具有良好的热稳定性，同时材质纯净，无其他改性物质残留；利用本专利技术所提供的羧基纳米纤维素制备的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料相比于传统橡胶复合材料
具有良好的力学性能、热学稳定性、生物相容性以及抗菌性；本专利技术适用于羧基纳米纤维素的制备，所制备的羧基纳米纤维素用于制备羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料。
附图说明
[0010]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作更进一步详细说明。
[0011]图1为本专利技术所提供的羧基纳米纤维素和商用纳米纤维素的等温热重曲线图；图2和图3分别为对比材料M1、M2、N1、N2和实施例3制备得到的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料B3的动态扭矩分析曲线图和红外光谱图；图4和图5分别为对比材料M1、M2、N1、N2和实施例3制备得到的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料B3的DMA图；图6~图10分别为对比材料M1、M2、N1、N2和实施例3制备得到的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料B3的SEM图；图11为对比材料M1、M2、N1、N2和实施例3制备得到的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料B3的抑菌圈直径柱状图。
具体实施方式
[0012]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羧基纳米纤维素的制备方法，其特征在于：它是取微晶纤维素加至水中，再添加过氧化氢和硫酸铜进行催化氧化反应，即得所述羧基纳米纤维素。2.根据权利要求1所述的羧基纳米纤维素的制备方法，其特征在于：微晶纤维素与水的重量比为1:2~3。3.根据权利要求1或2所述的羧基纳米纤维素的制备方法，其特征在于：微晶纤维素、过氧化氢及硫酸铜的重量比为1：0.7~2.1：0.00075~0.00175。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的羧基纳米纤维素的制备方法，其特征在于：所述制备方法用于羧基纳米纤维素的制备。5.一种羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料，其特征在于：制成它的有效成分的原料包括：权利要求4所述的羧基纳米纤维素、羧基丁腈橡胶和氧化锌。6.根据权利要求5所述的羧基纳米纤维素/羧基丁腈橡胶复合材料，其特征在于：所述羧基纳米纤维素、羧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长鹰，杨家辉，张水洞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：