[发明专利]一种微纳米纤维素的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以植物纤维制备微纳米纤维素的方法，属于高分子材料制备领域。

背景技术

纤维素是一种非常丰富的可再生资源，同时也是一种天然高分子材料。由于其可再生、无污染等优点，近年来受到越来越多的关注。植物纤维素可通过机械法、化学法或生物法等来制备。微纳米纤维素具有很多优良的性能，如较大的比表面积、高亲水性、高强度、高模量、高结晶度和高聚合度等，鉴于微纳米纤维素具有的这些优良性能，其在化工、食品、医药、材料等领域具有很好的潜在用途和利用价值。

目前文献报道的微纳米纤维素的制备方法主要有：

CN201410403739.7公开了一种微纳米纤维素的制备方法，其采用纯物理的方法来制备微纳米纤维素，先把天然纤维素经高能电子束辐照，破坏其内在结构，再用机械干法粗粉碎这些经过辐照处理的纤维素材料，然后再用水磨法对其精细化粉碎来得到微纳米纤维素。该方法对环境无污染，但其纯物理法制备，工艺比较复杂，对设备要求比较高，耗能较大，不适宜大规模生产。

CN201610041262.1公开了一种甲酸预处理联合高压均质制备纳米纤维素纤丝的方法，该方法先将纤维素原料加入到甲酸溶液中加热搅拌水解得到预处理的纤维素，再将预处理的纤维素配成纤维素悬浮液，然后再用高压均质机进行均质处理，最终得到胶状的纳米纤维素纤丝产品。高压均质机目前已经成为制备微纳米纤维素常用的机械方法，然而用该种方法制备微纳米纤维素时容易造成堵塞，并且得到的产品尺寸不均，往往需要多次重复高压均质。

CN201310081960.0公开了一种制备纳米纤维素的方法，该方法在植物纤维预解处理时加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧自由基及其衍生物)进行催化氧化，对氧化后的纤维进行解纤处理直至得到游离度达到50ml及以下的氧化纤维，然后对氧化纤维进行纳米化处理，最后得到纳米纤维素溶液。用该方法制备纳米纤维素，由于TEMPO催化剂昂贵并且很难进行回收再利用，所以该方法成本比较高很难实现工业化生产。

CN201110002108.0公开了一种制造纳米纤维素的生物机械分丝的方法，该方法将纸浆浸泡在糖水溶液中，加入一定重量比的麦麸、蛋白胨、酵母进行发酵，发酵后对发酵浆重复研磨，制备出纳米纤维素胶体溶液，然后过滤、真空冷冻干燥得到纳米纤维素；但这种方法制备纳米纤维素反应效率低、反应时间较长。

CN201610753659.3公开了一种微纳米纤维素的制备方法，该方法将纤维素原料与缓冲液、生物酶混合，酶解后过滤高温灭活，然后再细化磨浆，最后进行低温下高强微射流均质处理，冷冻干燥后即得到微纳米纤维素。但该方法反应时间长、效率低，且一般酶比较贵并且条件相对苛刻。

发明内容

本发明提供了一种以植物纤维作为原料，结合物理法和化学法制备微纳米纤维素，用该方法制备的微纳米纤维素分散性好、稳定性高、尺寸均匀；并且该方法操作简单，成本较低，废酸可以重复利用，减少了环境污染，适合实现工业化生产。

本发明所说的一种微纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：

1)将植物纤维用粉碎机粉碎，过40目及100目筛，取中间部分的纤维粉末；

2)按固液比为1g/20mL～1g/30mL将纤维粉末用质量分数为2％～5％的NaOH溶液在70℃～80℃条件下预处理1h～2h，目的是洗去杂质和溶解木质素；

3)过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；

4)按固液比为1g/20mL～1g/30mL，将预处理后的纤维粉末用质量分数为40％～60％的无机酸搅拌水解1h～3h，水解温度为40℃～60℃，然后加入1/3～2/3倍的去离子水，终止水解反应；

5)将水解后的微纳米纤维素酸的悬浮液分离收集废酸和微纳米纤维素粘稠物；

6)将微纳米纤维素粘稠物在1/2～1倍的去离子水中用NaOH溶液中和至中性后反复洗涤离心2-3次，或在砂芯漏斗里用过量的去离子水洗涤至中性；

7)将洗涤至中性的微纳米纤维素粘稠物冷冻干燥，即得微纳米纤维素。

上述所说的植物纤维原料可以是竹原纤维、竹浆纤维、木屑、蔗渣、秸秆、花生壳等。

上述步骤4所说的无机酸可以是H₂SO₄或HCl或H₂SO₄与HCl的混合液，H₂SO₄:HCl＝5:1～3:1。