[发明专利]一种纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维分散液的制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维分散液的制备方法，采用多元醇为润胀剂对纤维素或几丁质进行高温润胀，随后在机械搅拌下加入微量酸继续高温润胀，实现纤维素或几丁质在多元醇中协同酸充分润胀活化；将充分润胀活化的纤维素或几丁质置于机械研磨装置中进行深度研磨，使其进一步横向剥离，进而制得产品。本发明有效地将化学法和机械法结合起来，利用溶剂润胀协同酸润胀的共同作用与机械研磨剪切力相结合，实现纤维素纳米纤维和几丁质纳米纤维分散液的高效制备，具有产品得率高、酸用量低等显著特点，还具有条件温和、可操作行强等优势，为纤维素纳米纤维和几丁质纳米纤维大批量生产提供了实际可行的方法，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于天然高分子纳米纤维制备领域，具体涉及一种利用多元醇协同酸充分润胀活化并结合机械研磨处理来制备高得率纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维的方法。

背景技术

纤维素是植物细胞壁中的骨架结构，来源广泛且储量丰富。纤维素是由β-D吡喃型葡萄糖通过1-4糖苷键连接而成的线型高分子多糖。纤维素具备可降解、无污染且力学性能优良等特性，因而具有较大的利用前景。几丁质主要来自于昆虫或甲壳类动物，在自然界中的储量仅次于纤维素。几丁质生物亲和性好，衍生物种类多，在工、农、医等多个方面均有较广阔的应用。相比于天然纤维素和天然几丁质，纤维素纳米纤维和几丁质纳米纤维拥有高比表面积、低密度、高反应活性、更为优良的力学性能等特点，目前广泛应用于复合材料、食品包装、生物医药等方面。

化学法和机械法是常见的纤维素纳米纤维的制备方法。Bondeson D等利用质量分数为63.5％的硫酸对微晶纤维素进行水解处理制备得到直径约为10nm的纤维素纳米晶须。硫酸水解法所制备的纳米纤维素多为晶须状，长径比较低且得率仅为30％左右。并且，大量高浓度硫酸的使用对设备防腐及环境保护造成了较大压力。Chakraborly A等发现利用转速高达125000转的PTI磨高压打浆设备处理漂白浆料可制备纤维素纳米纤维。但仅采用机械法制备纳米纤维使其制备过程耗能较高且获得的纤维素纳米纤维粒径分布不均一。传统的几丁质纳米纤维的制备方法包括“由下而上”法和“低尺度化”。Zhong等将几丁质原料分别溶解于六氟异丙醇和氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中，随后分别制备了直径3nm和10nm的几丁质纳米纤维。但溶解过程破坏了几丁质原料的结晶度。Morin A等利用硫酸水解蠕虫Riftia制备得到长径比高达120的几丁质晶须，但几丁质纳米纤维的得率损失较大。

目前，越来越多的研究关注于化学与机械相结合的方法来制备纤维素和几丁质纳米纤维。中国专利CN101509209A利用硫酸水解及微波辐射相结合的方法制备了短棒状且直径约为10nm的纤维素纳米纤维，但制备过程中所使用的硫酸浓度较高，且废液处理较为繁琐。中国专利CN105839440A介绍了一种以蔗渣为原料，经氢氧化钠溶液碱性降解、过氧化氢溶液氧化以及超声协同处理制备纤维素纳米纤维的方法，但过程比较繁琐。Tsuguyuki S等利用TEMPO氧化结合机械处理的方式制备直径仅为3-4nm且长径比较高的纤维素纳米纤维，但其制备工艺复杂且成本较高。中国专利CN106220867A介绍了一种将几丁质原料进行TEMPO氧化后使其具有负电性，再经机械处理制备负电性几丁质纳米纤维分散液的方法。制得的几丁质纳米纤维分散液可进一步制备水凝胶或气凝胶。但制备工艺较为复杂。

综上所述，现有的纤维素和几丁质纳米纤维制备方法主要存在化学品污染、处理工艺复杂、价格昂贵等问题，故寻求一种高效、可操作性强、经济环保且产品得率高的纤维素和几丁质纳米纤维的制备方法仍然是非常必要的。

发明内容

发明目的：针对传统的纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维制造方法酸水解法中使用大量的高浓度酸及机械制备法中能耗较大的技术缺陷，本发明的目的是提供一种纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维分散液的制备方法，利用多元醇协同酸充分润胀活化并结合机械研磨处理来制备高得率纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维，具有产品得率高、酸用量低的显著特点，同时具有条件温和、可操作行强、产品长径比高、经济环保等特点。