[发明专利]一种易水分散纳米微晶纤维素及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维素衍生物技术领域，具体涉及一种易水分散纳米微晶纤维素及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中储藏量最丰富的可再生资源，是一种具有生物可降解性的天然高分子材料。自世界上出现石油等不可再生能源的危机以来，对纤维素进行降解、深加工以获得化工原料和中间体一直是各国研究的热点。纤维素分子通过分子间氢键结合形成纤维原丝。在纤维素分子规则排列的地方，氢键就多，于是形成结晶区；有的地方纤维素分子排列不规则，形成氢键的机会少，于是形成不定型区。通过硫酸水解纤维素，腐蚀除去非结晶区，即可得到只含有结晶区的直径为1－100nm、长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，即纳米微晶纤维素（NCC）。与普通的非纳米纤维素相比，由于NCC的高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，加之其具有纳米颗粒的特性如巨大的比表面积、超强的吸附能力和高的反应活性和生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。

一般NCC都要以干燥的形式运输然后再分散，以减少运输尺寸、重量和成本。干燥还可以抑制NCC中细菌和真菌的生长，也是将NCC分散在溶剂中进行改性或分散在纳米复合材料中的聚合物基体之前的必要步骤。但现有的用无机酸水解法制备的NCC干燥后再加入到水中时，仅有浓度为1wt%左右时可以很好地分散在水中，形成分散效果较好的悬浮液。当NCC加入量进一步增加时，由于其表面丰富的羟基，容易形成氢键导致团聚，限制了NCC的应用范围。

在中国发明专利（申请号：03114288.5，授权公告号：CN100360604C）中披露了一种易水分散纳米微晶纤维素及其制法和它形成的胶体，该发明首先采用羧甲基纤维素、羟乙基化改性等方法对NCC进行表面改性，再向表面改性的NCC中添加占NCC重量5－150%的亲水性胶体，所得到的微晶纤维素粒子尺寸在6.3－100nm之间。这种改性方法得到的微晶纤维素为纳米微晶纤维素与其他胶体的复合物，导致应用范围窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种易水分散纳米微晶纤维素及其制备方法，工艺简单，所制备的改性纳米微晶纤维素能够均匀稳定地分散于水中，有效减少团聚现象。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该易水分散纳米微晶纤维素采用羟基交联剂改性纳米微晶纤维素，所得到的易水分散纳米微晶纤维素的平均粒径为85.3－155.5nm，粒径多分散性指数为0.419－0.66。

优选的是，所述羟基交联剂为硼砂或戊二醛。硼砂与NCC分子链上的羟基发生反应，形成NCC的含硼配合物硼酸酯。戊二醛与NCC先反应生成半缩醛，再交联生成缩醛类化合物。

本发明还提供了上述易水分散纳米微晶纤维素的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制纳米微晶纤维素悬浮液：将无机酸水解处理获得的含纳米微晶纤维素的混合液离心、洗涤再透析至中性，并经超声分散处理，得到纳米微晶纤维素悬浮液；

（2）羟基交联改性纳米微晶纤维素：向步骤（1）所得纳米微晶纤维素悬浮液中滴加碱液或酸液调节pH至合适的范围，再加入羟基交联剂，羟基交联剂加入量为纳米微晶纤维素悬浮液中纳米微晶纤维素含量的10－100wt%，于30－45℃搅拌90－360min，再充分洗涤并经干燥处理，得到易水分散纳米微晶纤维素。

优选的是，步骤（1）所述无机酸水解处理是将微晶纤维素与64wt%浓硫酸按1：10的质量比混合均匀，并于45℃条件下搅拌反应2h。经无机酸水解处理后，所得纳米微晶纤维素平均粒径为250－270nm。所得含纳米微晶纤维素的混合液经离心水洗再透析处理，除去残留的杂质和硫酸。该透析处理是将含纳米微晶纤维素的混合液置于透析袋中于去离子水中透析3－4天。为防止发生霉变，含纳米微晶纤维素的混合液在透析及保存过程中需在0－4℃保存。

优选的是，步骤（1）所述超声分散处理是采用超声波处理30min。超声分散处理得到的纳米微晶纤维素悬浮液测定NCC的浓度后，加水稀释到NCC在纳米微晶纤维素悬浮液中含量为1－2wt%再进行交联反应。

优选的是，步骤（2）所述干燥处理是在温度-45℃、压力20Pa条件下冷冻干燥16h。

优选的是，步骤（2）所述羟基交联剂为硼砂或戊二醛，步骤（2）采用碱液调节时羟基交联剂为硼砂；采用酸液调节时羟基交联剂为戊二醛。