[发明专利]表面纳米晶化的含纤维素生物质材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的表面存在暴露区域，并且在所述暴露区域中的纤维素为纳米尺度的纤维素，并且所述纳米尺度纤维素中的部分羟基已经转化为羧基，以使得所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料具有以下各项性能中的至少一项：

i).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的比表面积至少为1.5m²/g；

ii).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的表面暴露的纳米晶化后的纤维素直径为1微米以下；

iii).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料中，纤维素的结晶度至少为65％；

iv).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料中，羧基占羟基与羧基总量的摩尔比至少为5％；

v).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料在水中溶液粘度在溶液质量分数为6％情况下通过旋转粘度计法在25℃测量为至少40mPa·s；以及

vi).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的水溶液沉降时间大于200分钟，并且

所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料通过包括以下步骤的方法制备：

A)将含纤维素生物质材料在刻蚀溶液中做表面刻蚀处理，所述含纤维素生物质材料选自天然植物的木材、树叶、秸秆、干草、麻、竹子、甘蔗渣、稻壳以及天然动物的海壳中的至少一种，且处于粒径为0.1～500微米的颗粒形式；

B)将刻蚀处理后的含纤维素生物质材料表面氧化处理，所述氧化处理的时间为6～240h，所述氧化处理的温度为40～150℃；

C)将表面氧化后的含纤维素生物质材料机械处理；

D)将机械处理后的含纤维素生物质材料制成分散液或干粉保存。

2.根据权利要求1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述表面纳米晶化后的表面暴露的纤维素的纤维长度在0.1-5微米的范围内。

3.根据权利要求1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述含纤维素生物质材料的纤维素含量为10～90％。

4.根据权利要求1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述步骤A)中所使用的含纤维素生物质材料是粒径200目的松木屑或油菜秸秆粉。

5.根据权利要求1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述步骤A)中所使用的含纤维素生物质材料是松木锯末。

6.一种制备根据权利要求1-5中任一项所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的方法，所述方法包括以下步骤：

A)将含纤维素生物质材料在刻蚀溶液中做表面刻蚀处理，所述含纤维素生物质材料选自天然植物的木材、树叶、秸秆、干草、麻、竹子、甘蔗渣、稻壳以及天然动物的海壳中的至少一种，且处于粒径为0.1～500微米的颗粒形式；

B)将刻蚀处理后的含纤维素生物质材料表面氧化处理，所述氧化处理的时间为6～240h，所述氧化处理的温度为40～150℃；

C)将表面氧化后的含纤维素生物质材料机械处理；

D)将机械处理后的含纤维素生物质材料制成分散液或干粉保存。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表面刻蚀溶液包括选自以下各项中的至少一种：氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、亚硫酸钠水溶液、亚硫酸水溶液、以及能溶解生物大分子的其他溶剂。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述表面氧化处理方法包括在2，2，6，6-四甲基哌啶-氮-氧化物催化作用下对所述含纤维素生物质材料的表面暴露纤维素的氧化。

9.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤A)中，所述刻蚀温度为10-200℃，时间为1～72h。

10.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤B)中，所述氧化处理的温度为60～150℃。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料或根据权利要求6-10中任一项所述的方法获得的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料在制备薄膜、板材、水性涂料、复合功能纳米材料、生物质海绵、高性能碳材料或气凝胶材料中的用途。