本发明专利技术公开了一种纤维素纳米晶悬浮液及其制备方法，该悬浮液包括水和分散在水中的纤维素纳米晶，纤维素纳米晶为长宽比为1到100的棒状纳米粒子。制备方法如下：对纤维素原料进行预处理；向预处理过的纤维素原料中加入0.1-30倍重的氧化剂，20-80℃下水解1-24小时，得到水解液；向水解液中加入1-10倍重蒸馏水稀释，除去氧化剂，得到的溶液pH为5-9；通过机械方法进一步减小颗粒尺寸后，即得纤维素纳米晶悬浮液。本发明专利技术利用可再生资源制备纳米材料，成本低廉，合成工艺简单，合成过程绿色无污染，所得的产品绿色环保。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于高分子领域，也属于纳米材料领域。
技术介绍
纤维素是地球上最丰富的有机化合物，它是高等植物和绿藻的细胞壁结构的主要组成部分，同时细菌，某些真菌，和被囊 动物(无脊椎海洋动物)也可以形成纤维素。因其低成本，自更新能力和可回收性，及其化学反应性，使纤维素晶须可用于各种应用，对其进行加工利用势必会带来较高的经济价值。纤维素纳米晶已经成为当前高分子研究領域的ー个热点，但是关于纤维素纳米晶的制备和研究却鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种纤维素纳米晶悬浮液，包括水和分散在水中的纤维素纳米晶，纤维素纳米晶为长宽比为I到100的棒状纳米粒子。该棒状纤维素纳米晶优选长90±50nm，宽10±4nm。本专利技术还提供了上述纤维素纳米晶悬浮液的制备方法，包括以下步骤 (1)预处理对纤维素原料进行预处理；预处理为湿磨、球磨或超声； (2)氧化剂水解向预处理过的纤维素原料中加入O. 1-30倍重的氧化剂，20-80°C下水解1-24小时，得到水解液；向水解液中加入1-10倍重蒸馏水稀释，除去氧化剂，得到的溶液PH为5-9 ； (3)将步骤(2)中得到的溶液通过机械方法进ー步减小颗粒尺寸后，即得纤维素纳米晶悬浮液；所述机械方法为超声或高压均质化。其中，步骤(I)中纤维素原料选自微晶纤维素粉末、纤维素纸浆、漂白木浆或其混合物。当步骤(I)中的预处理为湿磨时，预处理方法如下向纤维素原料中加入去离子水，得到纤维素质量百分浓度为1-20%的溶液，纤维素在溶液中浸泡O. 5-24小时后，倒入湿磨机内碾磨1-10次，毎次1-15分钟；所述湿磨机的齿轮间距为O. 5-50 μ m ； 当步骤(I)中的预处理为球磨吋，预处理方法如下向纤维素原料中加入去离子水，得到纤维素质量百分浓度为1-20%的溶液,纤维素在溶液中浸泡O. 5-24小时后,倒入球磨机内碾磨1-10次,每次1-15分钟； 当步骤(I)中的预处理为超声吋，预处理方法如下向纤维素原料中加入去离子水，得到纤维素质量百分浓度为1-20%的溶液,纤维素在溶液中浸泡O. 5-24小时后，超声1-10次，超声频率为50-2000HZ，每次1-30分钟。氧化剂为硫酸、盐酸、磷酸、双氧水溶液或摩尔比为I :10 0-10的2，2，6，6-四甲基哌啶氧自由基-次氯酸钠-溴化钠的混合氧化体系；所述硫酸、盐酸、磷酸和双氧水的浓度为 20-80%。步骤(2)中除去氧化剂的方法包括离心分离和透析，两者先后顺序不限；离心分离步骤如下将经蒸馏水稀释后的溶液转移到离心管中，离心分离1-10次，每次3-15分钟，离心的转速为500-24000rpm ;透析步骤如下将离心分离后的溶液转移到截留分子量为10000-12000的透析袋中，透析48小时直到溶液pH为5_9。或将经蒸馏水稀释后的溶液转移到透析袋中先进行透析后，再转移到离心管中进行离心分离。步骤(3)中的机械方法为超声 时，步骤如下将步骤(2)得到的溶液超声1-10次，每次1-30分钟，超声频率为50-2000HZ ;步骤(3)中的机械方法为高压均质化时，步骤如下将步骤(2)得到的溶液在150-300MPa下，以50-200ml/min的速率通过高压均质化器1_30次。本专利技术相比现有技术具有以下优点 本专利技术利用氧化剂水解和机械解纤的手段得到了长度90±50nm，宽度10±4nm的棒状纤维素纳米晶的悬浮液，且纤维素纳米晶在悬浮液中分散良好，尺寸均一。本专利技术利用可再生资源制备纳米材料，成本低廉，合成工艺简单，合成过程绿色无污染，所得的产品绿色环保。由于其化学作用不活泼和结构内部黏合的性质，纤维素纳米晶在药厂可作为一种药片黏合剂，在食品应用中可作为一种结构剂和脂肪替换剂，并可作为在纸中和合成物中的一种添加剂等。酸水解条件优化后，纤维素纳米晶的胶体悬浮物表现出液晶向列呈直线排列，对纳米复合材料的性能有着巨大的改善。传统制备纤维素纳米晶的方法取得的悬浮液若处在高温或潮湿的环境中，产品结构会还原到初始结构。本专利技术中运用的方法制得纤维素纳米晶悬浮液在结构稳定性上有较好的改进。附图说明图I本专利技术实施例12制备的纤维素纳米晶悬浮液中纤维素纳米晶的透镜图。将稀释过后的经过或未经过负染的纤维素纳米晶悬浮液滴在涂有碳薄膜的铜网上进行检测。在此情况下，用滤纸边缘轻轻触碰网格边缘即可将试样中多余的液体吸干。经负染的试样在80 kV的加速电压下，经透射电子显微镜(TEM，JEOL 100CX)进行观察。图I表明得到的纤维素纳米晶为长在60-120nm范围，宽度在10_15nm范围，分布均一的棒状物。具体实施例方式下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步的说明 实施例I 原料预处理 湿磨法将纤维素纸浆撕碎后加入去离子水(配制浓度5%)，浸泡12小时后，倒入湿磨机内碾磨5次(齿轮间距为I μ m),每次5分钟。实施例2原料预处理 超声法向微晶纤维素粉末加入去离子水(配制浓度3%)，浸泡2小时后，放入超声机内超声5次(超声频率IOOOHz )，每次5分钟。实施例3 原料预处理 球磨法将纤维素纸浆撕碎后加入去离子水(配制浓度3%)，浸泡12小时后，倒入球磨机内碾磨5次(齿轮间距为2μπι),每次 5分钟。实施例4 氧化剂水解 向实施例I预处理后的纤维素原料中加入18倍重的盐酸溶液(浓度为3mol/L)，加热温度50°C，水解I. 5小时，稀释后12000rpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。实施例5 氧化剂水解 向实施例2预处理后的纤维素原料中加入15倍重的盐酸溶液(浓度为3mol/L)，加热温度40°C，水解3小时，稀释后12000rpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。用铜网溶液，残留在铜网上的样品进行透射电镜观察。参见图I,其中纤维素纳米晶的长90±50nm，宽10±4nm。实施例6 氧化剂水解 向实施例2预处理后的纤维素原料中加入17倍重的硫酸溶液(浓度为60%)，加热温度30°C，水解5小时，稀释后IOOOOrpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。实施例7 氧化剂水解 向实施例3预处理后的纤维素原料中加入15倍重的硫酸溶液(浓度为70%)，加热温度30°C，水解5小时，稀释后12000rpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。实施例8 氧化剂水解 向实施例I预处理后的纤维素原料中加入18倍重的磷酸溶液(浓度为70%)，加热温度50°C，水解4小时，稀释后IOOOOrpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。实施例9 氧化剂水解 向实施例3预处理后的纤维素原料中加入20倍重的磷酸溶液(浓度为80%)，加热温度50°C，水解4小时，稀释后12000rpm离心洗涤、透析至溶液pH=7。实施例10 氧化剂水解 向实施例3得到的纤维素原料中加入O. I倍重的2，2，6，6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)-次氯酸钠-溴化钠的溶液(三种物质摩尔比I :10 :5)，加热温度50°C，水解4小时，稀释后12000rpm离心洗漆、透析至溶液pH=7。实施例11 氧化剂水解向实施例2预处理后的纤维素原料中加入O. 2倍重的2，2，6，6-四甲基哌啶氧自由基本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米晶悬浮液，其特征在于所述悬浮液包括水和分散在水中的纤维素纳米晶；所述纤维素纳米晶为长宽比为I到100的棒状纳米粒子。2.根据权利要求I所述的纤维素纳米晶悬浮液，其特征在于所述纤维素纳米晶的长度为90±50nm,宽度为10±4nm。3.—种权利要求I所述的纤维素纳米晶悬浮液的制备方法，其特征在于包括以下步骤 预处理对纤维素原料进行预处理；所述预处理为湿磨、球磨或超声； 氧化剂水解向预处理过的纤维素原料中加入O. 1-30倍重的氧化剂，20-80°C下水解1-24小时，得到水解液；向水解液中加入1-10倍重蒸馏水稀释，除去氧化剂，得到的溶液pH为 5-9 ； (3)机械解纤将步骤(2)中得到的溶液通过机械方法处理，即得纤维素纳米晶悬浮液；所述机械方法为超声或高压均质化。4.根据权利要求3所述的纤维素纳米晶悬浮液的制备方法，其特征在于所述纤维素原料选自微晶纤维素粉末、纤维素纸浆或者漂白木浆。5.根据权利要求3所述的纤维素纳米晶悬浮液的制备方法，其特征在于 所述步骤(I)中的预处理为湿磨时，预处理方法如下向纤维素原料中加入去离子水，得到纤维素质量百分浓度为1-20%的溶液，纤维素在溶液中浸泡O. 5-24小时后，倒入湿磨机内碾磨1-10次，毎次1-15分钟；所述湿磨机的齿轮间距为O. 5-50 μ m ； 所述步骤(I)中的预处理为球磨时，预处理方法如下向纤维素原料中加入去离子水，得到纤维素质量百分浓度为1-20%的溶液，纤维素在溶液中浸泡O...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘大刚，周凡，林凤英，花艳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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