本发明专利技术提供了一种麻纤维羧基化纤维素纳米晶体的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将麻纤维粉末于氢氧化钠浸泡处理后，再经过前处理剂处理，取出后在真空烘箱中进行干燥，得到预处理好的麻纤维粉末；将预处理好的麻纤维粉末置于TEMPO氧化体系中催化氧化，再经机械处理，得到稳定的纤维素纳米晶体悬浮液，冷冻干燥，即得到所制备的麻纤维羧基化纳米纤维素晶体，晶粒直径在3～10nm之间。本发明专利技术实现了麻纤维的羧基化和纳米原纤化，制备的纳米纤维素晶体表面具有羧基功能团，因此表面产生负电荷，而负电荷间的静电斥力可避免纳米粒子团聚现象的产生，使得纳米纤维素晶体能够很好的分散于水中，从而获得的纳米纤维素晶体具有良好的粒径尺寸均匀性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于纳米功能材料
技术介绍
纤维素纳米晶体(Cellulose Nanowhiskers)是一种从天然纤维素纤维中分离出来的直径在I IOOnm之间的具有颗粒状、棒状(针状)或丝状结构的纳米材料。因其具有可再生、高强度、高弹性模量、高比表面积、低成本、可生物降解、纳米级精细尺度等优点而受到了广泛的关注。专利CN1334273A公开了一种采用强酸法制备纳米微晶纤维素及制法，由于使用大量的强酸，对环境污染严重、对设备要求较高，而且产量相对较低。专利CN101851801A公开了一种超声结合高压匀质处理制备纳米纤维素纤维的方法，能耗大，且 制备的纳米纤维素尺寸跨度大，直径在几十纳米到几微米之间。专利CN101851295A公开了一种均匀化精细化纳米纤维素纤维的制备方法，但其制备工艺较为复杂，并且使用了有毒试剂，安全性不高。麻纤维的纤维素含量高、结晶度高、强度高，是一种很好的纤维素纳米晶体制备原料。麻纤维主要有黄麻纤维、芒麻纤维、剑麻纤维、红麻纤维、青麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、罗布麻纤维和槿麻纤维等。麻纤维种植面积广泛，可在盐碱地种植，不易染病，无需施肥喷药，多数麻类植物一年可收割3 4次，因而产量极高。也正是由于麻纤维的高结晶度，使其难于纳米原纤化，因此上述三种专利公开的制备方法均无法实现麻纤维的高效高产、结构均匀纳米原纤化。如何以简单的工艺，高效高产制备具有良好均匀尺寸结构的麻纤维纤维素纳米晶体，是目前麻纤维纤维素纳米晶体制备技术中亟待解决的技术难题。本专利技术对麻纤维进行化学预处理，然后对其进行TEMPO选择性氧化并结合机械处理，高效高产地制备出纤维直径小、结晶度高、结构均匀、表面具有羧基官能团的纳米纤维素晶体。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决麻纤维因结晶度高而难以高效高产地制备结构均匀的纤维素纳米晶体的技术问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了，其特征在于，具体步骤为第一步在20 80°C水浴温度条件下，将I 20重量份的麻纤维粉末浸泡于盛有50 200重量份的质量分数为8 20%的氢氧化钠溶液的搅拌釜中，以100 300rpm的搅拌转速搅拌30 300min，然后用真空泵抽滤，将所得的麻纤维粉末水洗至中性，在真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60 80°C，干燥时间为6 12h，得到碱处理的麻纤维粉末；第二步在40 80°C水浴温度条件下，将第一步得到的碱处理的麻纤维粉末加入到盛有前处理剂的搅拌釜中，碱处理的麻纤维粉末与前处理剂的固液质量比为I : 20 50,以100) 500rpm的搅拌转速搅拌I 6h,过滤,用蒸懼水洗脱麻纤维粉末上残留的前处理剂，将麻纤维粉末在真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60 80°C，干燥时间为6 12h，得到预处理的麻纤维粉末；第三步在4 65°C水浴温度条件下，将第二步所得的预处理的麻纤维粉末加入到盛有TEMPO (2，2，6，6-四甲基哌啶-I-氧自由基)催化体系的搅拌釜中，采用pH计实时监控，滴加质量分数为I %的氢氧化钠溶液或冰乙酸调节PH值，至pH值恒定后加入无水乙醇终止反应，得到麻纤维悬浮液；第四步将第三步所得的麻纤维悬浮液置于高速离心机中进行离心，离心速度为1000 5000rpm，离心时间为5 30min，倒去上层清液，加蒸馏水后再次离心，倒去上层清液，重复3 5次，直至悬浮液的pH值至中性，得到麻纤维沉淀物；第五步取I 10重量份第四步得到的麻纤维沉淀物加入到100 1000重量份蒸馏水中，于4 20°C水浴中，经过机械处理，得到纳米纤维素晶体悬浮液，经冷冻干燥后得到麻纤维羧基化纤维素纳米晶体。优选地,所述第一步中的麻纤维为黄麻纤维、芒麻纤维、剑麻纤维、红麻纤维、青麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、罗布麻纤维或槿麻纤维。优选地，所述第二步中的前处理剂为二甲基亚砜(DMSO)或质量分数为10 30%的季铵盐溶液。更优选地，所述的季铵盐溶液为四丁基溴化铵溶液、甲基三辛基氯化铵溶液、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)溶液、氯化十二烷基二甲基苄基铵溶液、十二烷基溴化铵溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液、十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)溶液以及溴化双十八烷基二甲基铵溶液中的一种或其组合。优选地，所述第三步中TEMPO (2，2，6，6-四甲基哌啶-I-氧自由基)催化体系为含有TEMPO、次氯酸钠和溴化钠的水溶液体系或含有TEMPO、次氯酸钠和高氯酸钠的水溶液体系。更优选地，采用含有TEMPO、次氯酸钠和溴化钠的水溶液体系时，TEMPO的加入量是预处理的麻纤维重量的0. I 2%，次氯酸钠的加入量是预处理的麻纤维重量的5 20倍，溴化钠的加入量是预处理的麻纤维重量的I 20%，反应过程中体系的pH值用质量分数为I %的氢氧化钠溶液调节控制在10. 5 11。更优选地，采用含有TEMPO、次氯酸钠和高氯酸钠的水溶液体系时，TEMPO的加入量是预处理的麻纤维重量的0. I 2%，次氯酸钠的加入量是预处理的麻纤维重量的5 20倍，高氯酸钠的加入量是预处理的麻纤维重量的20 120%，反应过程中体系的pH值调节控制在4. 5 5。优选地，所述第五步中的机械处理的具体方法为使用输出功率为300W的超声匀质分散机以10000 13600rpm的搅拌速度进行分散处理I 30min,或使用机械搅拌器或磁力搅拌器以300 500rpm的速度搅拌20 72h。优选地，所述第五步中的冷冻干燥的具体方法为将麻纤维纳米纤维素晶体悬浮液置于-20 -25°C的条件下冷冻处理10 20h，然后将其放置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理，冷冻干燥机的冷阱温度为-45 _55°C，真空度为25 15Pa，冷冻时间为10 20h。与现有技术相比，本专利技术的优点如下(I)本专利技术通过TEMPO选择性催化氧化技术结合机械处理方法，实现了麻纤维的羧基化和纳米原纤化。通过该方法制备的纳米纤维素晶体表面具有羧基功能团，因此表面产生负电荷，而负电荷间的静电斥力可避免纳米粒子团聚现象的产生，使得纳米纤维素晶体能够很好的分散于水中，从而获得的纳米纤维素晶体具有良好的粒径尺寸均匀性。(2)本专利技术中使用的麻纤维具有高纤维素含量、高结晶度的优点，可以根据实际应用需要选择其它任何一类麻纤维，所制备纳米纤维素晶体具有良好的晶体直径尺寸均匀性和高的结晶度，同时也显示出了优异的机械性能和热稳定性，使其在纳米复合材料、光学功能材料、人造组织工程材料、生物传感器等先进功能材料领域具有较大的潜在应用价值。(3)本专利技术所用原料价格低廉，来源广泛，具备实际应用的潜力。(4)本专利技术产量高、重复性好，制备工艺简单，操作简便，不需要特殊加工设备，且 反应条件温和易控制。(5)本专利技术由于不添加任何强酸及有毒溶剂，安全性提高，能耗小，产量高，所得纳米纤维素晶体在纳米增强材料、食品添加剂、药物控释、纺织涂料等领域都具有广泛的应用前景。附图说明图I为实施例I所得纳米纤维素晶体TEM图片；图2为实施例2所得纳米纤维素晶体TEM图片；图3为实施例3所得纳米纤维素晶体TEM图片；图4为实施例4所得纳米纤维素晶体TEM图片；图5为实施例5所得纳米纤维素晶体TEM图片。具体实施例方式下面结合实施例，进一步阐述本专利技术。以下实施例所使用的麻纤维可以在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种麻纤维羧基化纤维素纳米晶体的制备方法，其特征在于，具体步骤为 第一步在20 80°C水浴温度条件下，将I 20重量份的麻纤维粉末浸泡于盛有50 200重量份的质量分数为8 20%的氢氧化钠溶液的搅拌釜中，以100 300rpm的搅拌转速搅拌30 300min，然后用真空泵抽滤，将所得的麻纤维粉末水洗至中性，在真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60 80°C，干燥时间为6 12h，得到碱处理的麻纤维粉末； 第二步在40 80°C水浴温度条件下，将第一步得到的碱处理的麻纤维粉末加入到盛有前处理剂的搅拌釜中，碱处理的麻纤维粉末与前处理剂的固液质量比为I : 20 50，以100 500rpm的搅拌转速搅拌I 6h,过滤,用蒸懼水洗脱麻纤维粉末上残留的前处理剂，将麻纤维粉末在真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60 80°C，干燥时间为6 12h，得到预处理的麻纤维粉末； 第三步在4 65°C水浴温度条件下，将第二步所得的预处理的麻纤维粉末加入到盛有TEMPO催化体系的搅拌釜中，采用pH计实时监控，滴加质量分数为I %的氢氧化钠溶液或 冰乙酸调节pH值，至pH值恒定后加入无水乙醇终止反应，得到麻纤维悬浮液； 第四步将第三步所得的麻纤维悬浮液置于高速离心机中进行离心，离心速度为1000 5000rpm，离心时间为5 30min，倒去上层清液，加蒸馏水后再次离心，倒去上层清液，重复3 5次，直至悬浮液的pH值至中性，得到麻纤维沉淀物； 第五步取I 10重量份第四步得到的麻纤维沉淀物加入到100 1000重量份蒸馏水中，于4 20°C水浴中，经过机械处理，得到纳米纤维素晶体悬浮液，经冷冻干燥后得到麻纤维羧基化纤维素纳米晶体。2.如权利要求I所述的麻纤维羧基化纤维素纳米晶体的制备方法，其特征在于，所述第一步中的麻纤维为黄麻纤维、芒麻纤维、剑麻纤维、红麻纤维、青麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、罗布麻纤维或槿麻纤维。3.如权利要求I所述的麻纤维羧基化纤维素纳米晶体的制备方法，其特征在于，所述第二步中的前处理剂为二甲基亚砜或质量分数为10 30%的季铵盐溶液。4.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，曹新旺，任韬，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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