[发明专利]一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种微纳米木质素纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将含有木质素的纤维素原料分散在50℃以上的水溶液中，得到原料分散液；(2)将步骤(1)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物；(3)利用高压均质机对步骤(2)得到的预处理产物进行高压均质，得到所述微纳米木质素纤维素的分散液。可选地，除去所述微纳米木质素纤维素的分散液的溶剂得到微纳米木质素纤维素。本发明能够将含有木质素的纤维素原料直接剥离得到微纳米木质素纤维素，木质素的存在改善了纳米纤维素的亲水亲油性能，赋予了微纳米木质素纤维素与其他材料的相容性，尤其是与疏水性材料的相容性。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途。

背景技术

随着社会经济的不断发展，石油、煤炭等不可再生资源日益匮乏，环境污染等问题日益突出，可再生资源在各个领域中的应用越来越受到重视。植物纤维原料是地球上最主要的生物质资源，其高效综合利用在整个生物质产业中将占有极为重要的地位。植物纤维主要由纤维素、木质素和半纤维素组成。纤维素是地球上广泛存在且可再生的资源。由天然纤维素制备的纳米纤维素不但具有巨大的比表面积、高亲水性、高杨氏模量、高强度、良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性能，还具有巨大的化学改性潜力，在造纸、吸附材料、电池隔膜和高性能复合材料等领域显示出巨大的应用前景。

木质素是世界上第二位丰富的可再生资源，主要存在于纤维素纤维之间，通过形成交织网来硬化细胞壁，起抗压作用。木质素可作为分散剂、吸附剂和增强剂等使用，具有极其广泛的利用价值。

纳米纤维素常见的制备方法有化学法、机械法、生物法和人工合成法。其中机械法制备纳米纤维素对环境影响小，步骤简单，是适合大规模商业化生产的制备方法。由于硬质的木质素交织在纤维素中间，无法直接机械剥离制备纳米纤维素，目前制备纳米纤维素的方法中还没有制得高木质素含量纳米纤维素的方法。现有技术中仍需要首先用酸、碱或有机溶剂对植物纤维进行预处理脱除木质素和半纤维素，再进行机械剥离，步骤繁琐，预处理过程中使用的酸、碱或有机溶剂仍对环境造成一定污染。

CN101949103A公开了一种微纳米纤维素的制备方法，该发明利用植物秸秆直接制备，但仍使用脱木素试剂，进行脱木质素处理；CN103194027A公开了一种纳米纤维素/木质素阻光膜的制备方法，得到了高木质素含量纳米纤维素材料，但制备过程中需要脱除提取木质素后进行纤维素纳米化处理，再将木质素与纳米纤维素混合，制备过程繁琐复杂；CN104693464A公开了木素纳米纤维素增强聚乳酸复合膜的制备方法，其采用硫酸水解-高压均质法制备木素纳米纤维素，该过程中使用硫酸，对环境影响较大。

本领域需要开发一种环保高效的制备方法，无需进行脱木质素预处理并能够制备出高木质素含量的微纳米纤维素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米木质素纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将含有木质素的纤维素原料分散在50℃以上的水溶液中，得到原料分散液；

(2)将步骤(1)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物；

(3)利用高压均质机对步骤(2)得到的预处理产物进行高压均质，得到所述微纳米木质素纤维素的分散液。

可选地，除去所述微纳米木质素纤维素的分散液的溶剂得到微纳米木质素纤维素。

在本发明中，无需对含木质素的纤维素原料进行脱木质素处理，只需要将含有木质素的纤维素原料分散在50℃以上的水溶液中，将其中含有的木质素软化，同时削弱原料木质素之间的氢键作用，减弱木质素结构中苯环的π-π共轭作用，从而降低木质素硬度，破坏木质素对纤维素的粘结作用，结合后续的机械预处理和高压均质，就能够实现对含木质素的纤维素原料的剥离，得到高木质素含量的微纳米纤维素，即微纳米木质素纤维素。