[发明专利]一种高浓度纳米微晶纤维素胶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种纳米材料的制备方法，具体涉及一种高浓度纳米微晶纤维素胶体的制备方法。

背景技术

纳米微晶纤维素(nanocrystalline cellulose ,NCC)是一种直径为1～100nm，长度为几十到几百纳米的刚性纤维素。与普通的纤维素相比，纳米微晶纤维素具有许多优良性质，例如，极大的比表面积（是普通微米纤维素的1000倍）、高结晶度、高杨氏模量、高强度、超精细结构和高透明度等特性，在特种纸、变阻器、显示器、催化剂载体和食品行业得到应用。加之其具有生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等性质，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。

纳米微晶纤维素的制备方法有物理机械法、酶解法和酸水解法。其中酸水解法工艺成熟，制得的纳米微晶纤维素尺寸分布窄，保持纤维原有的晶型。其中，通过硫酸水解制备的纳米微晶纤维素表面有大量通过酯化引入的磺酸基团，使其表面带负电，从而能够稳定的分散在水中。为使制备的纳米微晶纤维素胶体为中性，透析是必要的，透析液一般为水，透析后能得到超低固含量的水分散液,这样势必显著增大生产成本和装货尺寸，对规模化应用不利。

在中国发明专利申请（申请号 03114288.5）公开了一种易水分散纳米微晶纤维素粉体及其制备方法，通过该公布的方法可以得到任意固含量的纳米微晶纤维素分散液，但其方法是通过对制备的纳米微晶纤维素表面改性得以实现。

在中国发明专利申请（申请号 200980149476.9）公开了可再分散的经干燥的纳米晶体纤维素的方法，详细的叙述了两种方法，其一，将酸形式的特定低浓度的纳米微晶纤维素经过自然风干和105℃下干燥至一定浓度后再分散；其二，通过将酸形式的纳米微晶纤维素的质子交换为中性单价反粒子而制备并将其冷冻干燥而获得。其方法中经过自然风干、烘箱烘干和冷冻干燥，这样大部分水变成水蒸汽而损失掉。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，采用物理方法，提供一种高浓度纳米微晶纤维素胶体的制备新途径，利用旋转蒸发技术，将中性的低浓度的纳米微晶纤维素分散液中的水分蒸发出来，通过冷凝将其收集再利用，这不但解决了酸水解制备过程中用水量大、运输困难的问题，而且降低生产成本，还可根据需要将高浓度的纳米微晶纤维素胶体配制任意浓度的胶体。

 本发明还寻求提供在旋转蒸发以后将得到的高浓度的纳米微晶纤维素胶体经过冷冻干燥（明显减少了冷冻干燥时间），测定粉体的聚合度。

本发明提供的高浓度纳米微晶纤维素胶体是通过下述技术方案实现的：

纳米微晶纤维素分散液的制备：首先，将微晶纤维素粉末以固液比（m:v）为1:6的比例加入到硫酸溶液中，在温度为50℃的水浴中反应60min，整个反应过程中不断的搅拌，反应结束，得到乳白色悬浮液；然后，将得到的悬浮液在11000r/min下的高速离心机中进行离心分离，直至上层出现乳白色纳米微晶纤维素分散液，收集该分散液；最后将得到的酸性的纳米微晶纤维素分散液（pH= 2 ～ 3）在分子量为8000-14000的透析袋透析 2 ～ 3天，得到pH= 7.0的纳米微晶纤维素分散液。

纳米微晶纤维素分散液的旋转蒸发：透析后，纳米微晶纤维素分散的浓度在0.5%左右，将硫酸水解制备的中性的低浓度纳米微晶纤维素胶体置于旋转蒸发仪中，将蒸发仪的压力设置为50mbar （在测试过程中压力在40mbar ～ 75 mbar之间变化）,温度调节为38℃（在测试过程温度在35℃ ～ 50℃之间调节）。经过一定时间结束蒸发。取一定量的蒸发后的纳米微晶纤维素胶体，置于称量瓶中并一起放入温度为105℃的恒温烘干箱中，烘干至恒重，计算其质量浓度。注：在随着样品浓度的提高，在达到85%左右，测试温度为50℃时会发现旋转瓶上会有膜形成，所以要随着浓度的提高，要降低温度，减少压力，达到剩余的少量的水蒸出来是浓度更高的目的。

纳米微晶纤维素聚合度的测定：用铜乙二胺溶液溶解纳米微晶纤维素。称取一定量试样（粉体）于试样溶解瓶中。加入2～3块紫铜片，用移液管吸取25ml蒸馏水注入瓶中，塞紧瓶塞。剧烈摇荡至试样分散后，在吸取25ml铜乙二胺溶液于瓶中，并把全部存留气体排出，反复剧烈摇荡至试样完全溶解。夹好乌氏粘度计粘度计（溶剂的运动粘度0.5 ～ 0.6mm²/s、毛细管直径0.46mm ±2%）于恒温水浴中（25℃±0.1℃），仔细到出溶液于粘度计中，开动自动循环保温的恒温器，恒温5min。用秒表计时，平行测定三次，取其平均值计算相对粘度。