[发明专利]一种羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法

说明书

本发明涉及羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法。将纤维素原料经预处理、漂氧制浆、连续式氧漂、漂白、浆料的粉碎和活化、醚化、中和及纯化、纳米化即得羧甲基纳米纤维素材料。本发明以多种秸秆与植物弃渣为原料清洁制浆制备纤维素浆料，然后再进行羧甲基纤维素纳米纤维的制备，扩大了纳米纤维素制备原料的范围，工艺简单连贯，环保低成本，开辟了一条新的制备纳米纤维素的途径，为纳米纤维素的应用提供了广阔的前景。通过本发明所提出的方法可以利用纤维素为原料直接制备得到功能性纳米纤维素纤维，制得的改性纳米纤维素含有羧基并具有良好的结晶度，且制得的纳米纤维素晶粒小，这为产品后期的应用提供了良好的基础。

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体涉及一种羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法。

背景技术

纳米纤维素材料是以棉、木、秸秆等种类的纤维素经过酸解、酶解、碱化催化或机械剪切等技术得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。现有技术中，根据制备方法不同，纳米纤维素材料主要分为纳米纤维素晶体(Cellulose Nanowhiskers，缩写CNWs)、纳米纤维素(Cellulose Nanofibrils，缩写CNFs)两大类，在不同的应用场合各自有自己的性能优势。国内外报道的纳米纤维素材料制造方法主要包括：化学方法、物理方法、生物方法与合成方法等多种方法。其中，生物酶解方法耗时、费用高且难度大，所以目前国外纤维素纳米材料制备方式主要集中在物理法和化学法两种。而化学法通常都是通过强酸进行处理，比如盐酸、硫酸或磷酸等，这些酸在纤维素酸解后回收难度大、成本高，目前只能在实验室进行使用；物理法，如直接采用超声、均质化、机械粉碎球磨等使纤维素达到纳米尺度的困难极大，导致产品的纳米尺度难以控制，同时还存在强处理导致能耗高等问题，所以都未进入应用阶段。

此外，若先将纤维素纳米化，再进行羧甲基化或酯化，由于纳米纤维素在碱、有机溶剂中存在易团聚、分散难、衍生过程难以控制、收集困难等不足，尤其是纳米纤维素醚酯混合衍生材料制备难度更大，所以实现纳米纤维素的醚化，首先要碱化，而碱化会极大破坏纳米纤维素的纳米特征，如若再经过化学反应达到醚化，则继续保持纤维素的纳米形态更困难，所以难以直接制备带有功能性基团的纳米纤维素。

目前，小麦、玉米、棉秸秆以及竹、芦苇、稻草渣等植物纤维素产品来源丰富，且再生能力极强，但目前采取造纸与低端织造仍然是主要利用途径，甚至仍采用焚烧等污染环境的手段处理这些产品，带来了严重环境的污染和纤维素原料的浪费，所以，产品的合理利用将是此类纤维原料的发展方向。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种快速、成本低、反应可控性强的、纳米纤维素晶须产量高、对原料预处理程度要求更简单、可同时制备含有少量酯基和羧基的纳米晶须和纳米纤维的纤维素纳米晶须和纳米纤维的快速清洁制备改性纳米纤维素及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法，包括步骤：

A.原料预处理：将纤维素原料加入预浸液中预浸并且粉碎，用无氯双氧水体系漂白去除原料中的发色团；

B.漂氧制浆技术：预浸后的浆料经浓缩后输送到混合器中混合，同时加入漂白药液I漂白物料；优选使用高浓混合器对物料进行混合；

C.连续式氧漂技术：混合器将浆料和漂白药液II一起输送到连续式氧漂机中再次漂白；

D.浆料的粉碎和活化：用粉碎机将浆料粉碎，再以有机溶剂和碱金属化合物使纤维素溶胀；

E.醚化：加入醚化剂与有机溶剂的混合物，在50-80℃温度下醚化；

F.中和及纯化：用酸中和体系中的碱；将产物离心，用水洗涤后，再离心；此处优选使用去离子水；

G.纳米化：将离心物料用水稀释后导入高压均质机中进行均质处理得到羧甲基纤维素纳米纤维，即CMNFs。