一种超低结晶度的微纳米纤维素的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低结晶度的微纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：先将结晶程度较高的微纳米纤维素晶体充分溶于纤维素的溶解体系并再生出来，将纤维素变为结构松散的纤维素Ⅱ结构，再经过机械处理，进一步破坏纤维素的结晶结构，得到超低结晶度的微纳米纤维素。由于无定形的纤维素分子间和分子内的氢键作用力减弱，分子链上的羟基大部分暴露出来，增强了纤维素的可及度和反应活性，保水值也有所提高。因此通过本发明专利技术的方法制备的纤维素具有超低的结晶度、极高的可及度与反应活性，克服了传统方法制备的纤维素结晶度高、可及度低、反应活性低的缺陷，可以广泛地用于各纤维素的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学、农业、环境工程领域，涉及天然高分子及其制备
，具体涉及。
技术介绍
纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料之一，是一种廉价的可再生资源，具有可降解、对环境友好、良好的生物相容性等特点，其应用与开发得到越来越广泛的重视。然而，纤维素分子内和分子间存在大量的氢键，具有很高的结晶度，纤维素内部大量可反应的羟基被封闭，因而阻碍了化学试剂或纤维素表面的接触，造成纤维素可及度低，溶解非常 困难。要提高纤维素的可及度及反应活性，可以通过降低纤维素结晶度的方法，破坏纤维素分子间和分子内的氢键，得到无定形程度高的纤维素。常用的提高纤维素的无定形度的方法包括物理方法，如机械粉碎、超声处理；或化学方法，如酸碱处理；或物理化学方法，如蒸汽爆破等。但以上方法独立使用时都不能制备出超低结晶度的纤维素材料。如果能使纳米微晶纤维素先完全溶解，再生，再通过机械方法进一步破坏，就可以得到无定形的纤维素。这种无定形的纤维素具有可及度高，反应活性高的特点，对纤维素的学术研究和工业化应用都具有较高的使用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种超低结晶度纤维素的制备方法。本专利技术首先将属于纤维素I结构的微纳米纤维素晶体充分溶于纤维素的溶解体系并再生出来，将纤维素变为结构松散的纤维素II结构，再经过机械处理，进一步破坏纤维素的结晶结构，得到无定形纤维素的胶体。由于无定形的纤维素分子间和分子内的氢键作用力减弱，分子链上的羟基大部分暴露出来，增强了纤维素的可及度和反应活性，保水值也有所提高。因此通过本专利技术的方法制备的纤维素具有超低的结晶度、极高的可及度与反应活性，克服了传统方法制备的纤维素结晶度高、可及度低、反应活性低的缺陷，可以广泛地用于各纤维素的应用领域。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案 ，包括以下步骤先将结晶程度较高的微纳米纤维素晶体进行溶解，然后在凝固浴中将纤维素再生出来，再经过机械处理，得到超低结晶度的微纳米纤维素。本专利技术所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体的粒径为5ηπΓ5 μ m;所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体通过酸水解方法、氧化降解方法或机械粉碎方法制备。本专利技术所述溶解所用的溶剂为碱液、酸液或纤维素溶剂；所述纤维素溶剂为四氧化二氮/ 二甲基甲酰胺、多聚甲醛/ 二甲基亚砜、二氧化硫/ 二乙醇胺/ 二甲基亚砜、氯化锂/ 二甲基乙酰胺、硫氰酸钙水溶液、硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液、N-甲基-N-吗啉氧化物或离子液体。本专利技术所述凝固浴为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、异戊二醇或聚乙二醇中的一种或两种以上，并且含有质量浓度为(Γ95%的水。本专利技术所述机械处理为高压均质、高速剪切或研磨的一种或两种以上。本专利技术所述碱液的质量浓度为4 18%，所用碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的一种或两种以上。本专利技术所述酸液的质量浓度为4 90%，所用酸为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸中的一种或两种以上 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果 (1)本专利技术方法制备的低结晶度的纤维素属于无定形结构，其分子间和分子内的氢键作用力减弱，分子链上的羟基大部分暴露出来，增强了纤维素的可及度和反应活性，保水值 也有所提闻; (2)本专利技术方法制备的低结晶度的纤维素，容易溶解，可溶解在各纤维素溶解体系中进行均相反应，具有较高的反应活性，能使反应均匀地在纤维素链上发生，扩大了纤维素的使用领域范围； (3)本专利技术的制备方法工艺简单、易操作、重复性好； (4)本专利技术通过将物理与化学的方法结合，避免了单一采取物理或化学方法的缺陷，对多种不同来源的纤维素材料都可使用。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步的描述，但是本专利技术要求保护的范围并不局限与此。实施例I 将115克纸浆加入IL 64% (wt.)的硫酸水溶液中，于45°C水解45min，然后用大量清水稀释终止反应；得到的反应物水洗至纤维素无法沉淀后离心洗涤直至中性，得到结晶程度较高的微纳米纤维素晶体；将微纳米纤维素晶体加入4% (wt.)的NaOH水溶液中，放入冰箱，_5°C冷冻24h ;待纤维素完全溶解后，倒入大量清水中，再生出纤维素，用蒸馏水洗去残余碱；将洗涤至中性的纤维素在高压均质机中均质，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例2 将115克纸浆加入IL 28% (wt.)的盐酸水溶液中，于80°C水解45min，然后用大量清水稀释终止反应；得到的反应物水洗至纤维素无法沉淀后离心洗涤直至中性，得到结晶程度较高的微纳米纤维素晶体；将微纳米纤维素晶体加入8% (wt.)的LiOH水溶液中，放入冰箱，_5°C冷冻24h ;待纤维素完全溶解后，倒入大量乙醇中，再生出纤维素，用蒸馏水洗去残余碱；将洗涤至中性的纤维素在高压均质机中均质，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例3 将115克纸浆投入粉碎机中粉碎，过100目筛，在105°C真空烘箱中真空干燥24h制得微纳米纤维素晶体；把粉碎后的纤维素粉末加入IL 30% (wt.)的次氯酸钠水溶液中，于50°C水解48h，然后用大量清水稀释终止反应；得到的反应物水洗至纤维素无法沉淀后离心洗涤直至中性，得到结晶程度较高的微纳米纤维素晶体；将微纳米纤维素晶体加入12%(wt.)的KOH水溶液中，放入冰箱，(TC冷冻8h ;待纤维素完全溶解后，倒入大量甲醇中，再生出纤维素，用蒸馏水洗去残余碱；将洗涤至中性的纤维素经过高速剪切和研磨，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例4 将115克纸浆投入粉碎机中粉碎，过100目筛，在105°C真空烘箱中真空干燥24h制得微纳米纤维素晶体；把粉碎后的纤维素粉末加入IL 30% (wt.)的次氯酸钠水溶液中，于80°C水解8h，然后用大量清水稀释终止反应；得到的反应物水洗至纤维素 无法沉淀后离心洗涤直至中性，得到结晶程度较高的微纳米纤维素晶体；将微纳米纤维素晶体加入6%(wt.)的LiOH水溶液中，放入冰箱，-5°C冷冻30h ;待纤维素完全溶解后，倒入大量异丙醇与こニ醇的混合液(体积比为2:1)中，再生出纤维素，用蒸馏水洗去残余碱；将洗涤至中性的纤维素在高压均质机中均质，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例5 将115克纸浆投入粉碎机中粉碎，过400目筛，在105°C真空烘箱中真空干燥24h制得微纳米纤维素晶体；将微纳米纤维素投入DMSO中，并在60°C下加热lOmin，向纤维素的ニ甲基亚砜(简称DMSO)溶液中通入S0220分钟，并加水稀释，使DMSO与SO2混合液水体积比为1:100，加入2g ニこ醇胺(简称DEA)，剧烈搅拌，待纤维素完全溶解后，倒入大量甲醇和こ醇体积比1:1混合液中，再生出纤维素；将蒸馏水洗涤至中性的纤维素在高压均质机中均质，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例6 将115克纸浆投入粉碎机中粉碎，过400目筛，在105°C真空烘箱中真空干燥24h，制得微纳米纤维素晶体；先用ニ甲基こ酰胺(简称DMAc)润湿微纳米纤维素晶体，所得混合物在165°C下通氮气30分钟，冷却到100°C时加入LiCl，80°C充分搅拌Ih ;待纤维素完全溶解后，倒入大量异丙醇中，再生出纤维素；将洗涤至中性的纤维素经过高速剪切和研磨，得到低结晶度的微纳米纤维素。实施例7 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低结晶度的微纳米纤维素及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤先将结晶程度较高的微纳米纤维素晶体进行溶解，然后在凝固浴中将纤维素再生出来，再经过机械处理，得到超低结晶度的微纳米纤维素。2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体的粒径为5ηπΓ5 μ m ;所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体通过酸水解方法、氧化降解方法或机械粉碎方法制备。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶解所用的溶剂为碱液、酸液或纤维素溶剂；所述纤维素溶剂为四氧化二氮/ 二甲基甲酰胺、多聚甲醛/ 二甲基亚砜、二氧化硫/ 二乙醇胺/ 二甲基亚砜、氯化锂/ 二甲基乙酰胺、硫氰酸钙水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁恩勇，薛彬，黄丽浈，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：