[发明专利]一种制备纳米纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米纤维素的方法，属于纳米材料领域。

背景技术

纳米纤维素作为一种纳米材料，不仅具有纳米粒子的性质，还具有生物相容性，因此，纳米纤维被研究于医学领域、日用品领域、电子领域。纳米纤维素还可以应用于复合材料的增强剂、药物载体、超滤材料、高阻隔包装材料、食品添加剂及化妆品助剂等方面，所以具有很大的研究价值。

2009年MasayukiHirota发表的文献OxidationofregeneratedcellulosewithNaClO₂catalyzedbyTEMPOandNaClOunderacid-neutralconditions中叙述了TEMPO-NaClO₂-NaClO氧化体系氧化纤维素的方法，但这种方法其实只是对纤维素的氧化预处理，不能得到纳米纤维素，而且反应时间很长，一般都要一天以上才能达到氧化的目的。

专利文献专利号为CN102964454B公开了一种纳米纤维素的制备方法，其中该方法将得到的不到纳米级的大尺寸纤维直接去除，降低了纳米纤维素得率，浪费了纤维原材料。

专利文献公布号为CN103492637A公开了一种机械的方法制备纳米纤维素，其中该方法需经过多次精磨、分离，操作比较复杂，不利于生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种超声耦合TEMPO的预处理方法，并对其进行纳米化处理来得到纳米纤维素。

本发明的目的在于：提供一种制备纳米纤维素的方法，该方法通过超声耦合TEMPO氧化微晶纤维素进行预处理，大大缩短了反应的时间，降低了纤维素的尺寸；对没有达到纳米级的纤维素进行纳米化处理，可以增加纳米纤维素的得率，提高纤维素的利用率。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

(1)取2-5g微晶纤维素分散在pH3.6-5.6、200-500ml醋酸和醋酸钠配制的缓冲溶液中，再加入2,2,6,6-四甲基哌啶-氮氧化物0.03-0.31g、NaClO2-10mmol和NaClO₂0.11-2.26g，得到反应溶液，放入超声仪中，在超声功率为200-500w的条件下用搅拌器搅拌反应0.5-2.0h，加入无水乙醇终止反应，倒入容器中静置；

上述醋酸、醋酸钠的缓冲溶液可自动调节溶液的pH，使溶液在反应过程中不会受到pH值的影响；TEMPO作为TEMPO-NaClO₂-NaClO氧化体系中的催化剂，在微晶纤维素氧化降解的过程中起到催化化学反应进行的作用；NaClO在其中作为氧化剂，对纤维素进行氧化降解，降低其宽度；NaClO₂可加速氧化转化，使预处理的效果更显著并可以抑制副反应的产生，增加所得纤维素的强度；超声仪的作用可缩短反应时间，增加反应的微晶纤维素的活化分子百分数，更多纤维素大分子被氧化降解，更容易达到纳米级纤维素。

(2)取步骤a容器中的下层沉淀用体积百分比40％-60％的乙醇洗涤，获得纤维素溶液；纤维素溶液离心分离2-3次，取沉淀用去离子水洗涤2-3次，离心分离后，将最后一次分离得到的上层悬浮液倒入容器中保存，进行冷冻干燥，得到纳米纤维素；

上述步骤主要是对纳米纤维素和微晶纤维素进行分离，上述超声耦合TEMPO氧化降解的作用虽然能降低纤维素的长宽，但是不是全部都到达了纳米级，还有一些纤维素依然没有达到我们的要求，所以要进行分离，然后对没有达到纳米级的纤维素进行进一步处理。

(3)将步骤b最后一次分离得到的下层纤维素进行纳米化处理，得到悬浮的纳米纤维素分散液，进行冷冻干燥，得到纳米纤维素；

对于分离出来的没有达到纳米级的纤维素进行纳米化处理，增加纳米纤维素的得率，提高原料的利用率。

上述超声仪为超声波清洗仪，超声波清洗仪为水浴条件下反应，可利用循环泵调节其温度，能承受的反应时间长一些，而探头式超声仪的热效应作用很强，反应时间过长温度会快速升高，容易损坏仪器。

上述纳米化处理的步骤使用的设备是高压均质机、超声波乳化机或高压细胞破碎仪，仪器的高速运转对纤维素有一个剪切力，可有效的破坏纤维素的长宽，得到纳米纤维素。

所述的缓冲液通过如下步骤配制：分别配置1mol/L的醋酸溶液和醋酸钠溶液，将两种溶液进行混合，调节混合溶液的pH值为3.6-5.6。