[发明专利]一种经干燥后水再分散型纳米纤化纤维素的制备方法

说明书

本发明公开了一种经干燥后水再分散型纳米纤化纤维素的制备方法，属于纳米纤维素制备技术领域。本发明采用阴离子型高分子电解质羧甲基纤维素纳物理改性纳米纤化纤维素，得到的纳米纤化纤维素和羧甲基纤维素钠混合液经实验型流化床造粒机和冷冻干燥机干燥处理，制备粉末状或微粒状纳米纤化纤维素固体。该纳米纤化纤维素固体因减弱了氢键作用而发生的团聚问题，可均匀地再分散在水性介质中。可再分散型纳米纤化纤维素的制备为储存、运输与后续应用提供便利。

技术领域

本发明涉及一种经干燥后水再分散型纳米纤化纤维素的制备方法。

背景技术

纳米纤维素(Nanocellulose或Nano-sized cellulose，NC)，是指通过机械、化学或其它方法使纤维素的任一维尺寸减小到100nm以内(通常是直径小于100nm)的生物质基纳米材料。它具有许多优良的性能，如可降解、生物相容、高强度、高结晶度、高杨氏模量、高亲水性和极大的比表面积等，在增强复合材料、可弯曲显示器、太阳能电池、药物载体、汽车内饰件、过滤材料、吸附材料、生物医药材料等领域有着极大的潜在应用前景。

过往的研究发现，对所有纳米纤维素的干燥问题都是由于纳米纤维素容易在干燥失水过程中形成不可逆的硬团聚，使干燥后再分散的纳米纤维素丧失许多重要的理化特性。因此，目前绝大多数纳米纤维素成品是以浓度较低的水凝胶存在的(通常浓度不高于5％)，这不仅大大增加了储存体积、运输成本，而且易被细菌分解，成为纳米纤维素商业化应用的重要瓶颈之一。

研究能够有效保持纳米纤维素理化特性的干燥方法，得到性能稳定、便于储运的纳米纤维素成品，可行的方法之一就是对其表面进行修饰。

美国专利US3539365《Dispersing and stabilizing agent comprisingβ-1，4glucan and CMC and method for its preparation》披露了在微纤化纤维素中加入羧甲基纤维素钠，以克服在干燥过程中微纤化纤维素因表面氢键作用而发生的团聚。其不足之处在于由于微纤化纤维素和羧甲基纤维素钠共混不均匀，导致微纤化纤维素表面不能完全被羧甲基纤维素钠所吸附包围，从而不可避免地在一些微纤化纤维素中形成不可逆的硬团聚。

中国专利CN1386763A《一种表面改性的纳米纤维素晶体及其制法》披露了纳米纤维素晶体外层经羧甲基化改性，然后进行干燥处理，得到能均匀分散在水中的粉状纳米纤维素晶体。其不足之处在于没有描述用哪一种干燥方式干燥处理羧甲基化改性的纳米纤维素晶体。

中国专利CN103275336A《一种经干燥后易再分散的纤维素晶体的制备方法》披露了采用喷雾干燥机或流化床干燥机对含非离子表面活性剂的纤维素晶体物料进行干燥处理，干燥后得到的纤维素晶体固体能快速分散于水相体系中，再分散后能获得与原纤维素晶体料液相似的粒径分布，并能保持纤维素晶体原有的性质。由于纳米纤维素晶体在干燥过程中纳米颗粒的硬团聚尤为严重，该专利中披露的非离子表面活性剂与纤维素晶体料液只是通过搅拌混合，非离子表面活性剂与纤维素晶体混合料液的不均匀混合在干燥后仍然会引起硬团聚的产生。

为解决纳米纤化纤维素的水再分散性，亟待研究开发一种经干燥后水再分散型纳米纤化纤维素产品，其制备方法是高分子和制浆造纸工程技术人员研究开发的课题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种经表面物理改性的纳米纤化纤维素，它能有效地解决在干燥过程中纳米纤化纤维素之间因氢键作用而发生的硬团聚的问题，使其能均匀地再分散在水性介质中。该方法采用实验型流化床造粒机和冷冻干燥机对羧甲基纤维素钠和纳米纤化纤维素混合液进行干燥处理。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：