[发明专利]尺寸均匀的纤维素微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种尺寸均匀的纤维素微球及其制备方法，首先将溶解在碱溶液中的纤维素雾化成小液滴，然后使其与高温热气流相遇固化，最后洗涤干燥得到大小均匀、粒径分布高度集中的规则球形颗粒。该方法避免了传统固化剂溶液表面张力对微球颗粒形状及结构的影响，配制纤维素溶液时无需外加乳化剂，产品中所含的杂质更少成本也更低，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及纤维素加工技术领域，具体涉及一种尺寸均匀的纤维素微球及其制备方法。

背景技术

全球塑料年产量约为3亿吨，并以每年2000万吨的速度增长。现代社会塑料巨大消费量的直接结果，使得塑料废弃物迅速积累，并最终经由河道转移到海洋中。塑料聚合物的生物降解力很低，在自然环境中可存在成百上千年，由此导致的海洋塑料垃圾已成为最严重的环境污染问题之一。

塑料微球是一种聚合物颗粒，常见材质有聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)等。对于海洋生物而言，塑料微球犹如海洋中的PM2.5，日益威胁着它们的生存安全。除了从大块塑料剥离的碎屑，大量塑料微球来自化妆品及个人护理品中具有深度清洁、去角质等效果的洗面奶、沐浴液、磨砂膏等产品。

塑料微球的危害巨大。人们使用添加了塑料微球的产品后，微球颗粒会随污水进入排水系统，由于其体积微小无法被污水厂过滤设备截留，最终流入河流、湖泊和大海，导致塑料颗粒水污染。塑料微球可在环境中长期存在并大量富集，这样的持久有机污染物对水污染治理而言也是个难题。以海洋为例，不同粒径的塑料微球富集于海洋表面、海水中及海底，进入海洋生物食物链，最终影响海洋生态系统的健康和持续发展。塑料微球不仅从物理机制(如生物摄入后阻塞消化道)而且也从化学机制影响海洋动植物：其本身可能具有毒性，较大的塑料微球可能附着药物或其他有毒有害物质(如抗生素、多环芳烃等)，鱼类、海洋生物将其摄入体内后导致中毒。来自我国海洋鱼类的调查显示，在 20多种经济价值较高的常见鱼类采样中，90％的鱼类样本中都发现了塑料微球。这些海洋生物经过层层食物链最终可能出现在人们的餐桌上，造成人体内塑料微球累积。

世界范围内，越来越多的组织和国家已注意到了塑料微球的环境危害，美国、欧盟、加拿大、澳大利亚、奥地利、卢森堡、比利时和瑞典先后开展淘汰塑料微球行动或颁布相关法令。塑料污染尤其是微塑料污染引发了专家学者的高度关注，他们纷纷提案建议，微塑料污染危害影响迫在眉睫，应高度重视并积极防范。这表明，一次性塑料污染问题已经成为危害巨大、值得全球共同关注的重要环境污染问题。

化妆品及个人护理品中微球的作用不可或缺。因此，现阶段研发和生产塑料微球的替代品意义重大。应用在化妆品及个人护理品中，亦或者在更宽范围内用作磨料的微球至少需要具备以下特性：摩擦力适中，成分稳定，对人体温和无害，原料容易获得，容易大规模生产。从各方面看，纤维素成分的微球都满足要求，而且天然可再生，在环境中可分解。

采用天然纤维素成分制备微球，并非本发明首次提出。中国专利 CN101250267A公开了一种反相悬浮法制备纤维素微球的方法，即将纤维素溶液分散于含单一或复合乳化剂的有机溶剂中，搅拌至液滴分散均匀后常温固化成形，然后加入稀酸使纤维素再生形成微球，静置分层后过滤得纤维素颗粒，倾析洗涤后得纤维素微球。反相悬浮法中主要考虑提高分散效果同时要求降低表面张力，往往需要引入复合分散体系，造成分散剂应用的复杂性，难以运用到工业化大规模生产中。此外，由反相悬浮法制备的微球存在一定的问题，比如粒径分布较宽往往不能满足应用要求，反应后分散剂较难回收处理等。中国专利CN101921410A采用静电喷射方法，将纤维素溶液分散后在酸性溶液或无机盐水溶液中凝固成形，再洗涤干燥。中国专利CN103521150A通过喷头将纤维素碱溶液雾化，液滴在酸性或中性水溶液中凝固成微球。该方法的优点是制备工艺简单，缺点是固化过程中由于固液表面张力的影响，使得微球形状不规则，结构不均匀较易团聚，限制了其在相关领域的应用。