[发明专利]通过高碘酸盐氧化来分离纤维素纳米晶或甲壳质纳米晶的方法

说明书

为了由含木质纤维素或含甲壳质的起始材料(3)分离纳米晶(8)，在含水悬浮液中对起始材料(3)实施高碘酸根阴离子(6)的氧化作用。在此，将所述含水悬浮液的pH值调节至大于pH 7.0。以每kg起始材料(3)至少5mol的量提供所述高碘酸根阴离子(6)，并且在含水悬浮液中对所述起始材料(3)实施高碘酸根阴离子(6)的氧化作用历时至少一天的时间。

技术领域

本发明涉及通过高碘酸盐氧化由含木质纤维素或含甲壳质的起始材料分离纳米晶的方法，其中在含水悬浮液中对所述起始材料实施高碘酸根阴离子的氧化作用。取决于起始材料，所分离的纳米晶是纤维素纳米晶或甲壳质纳米晶。

背景技术

纤维素纳米晶由于其英语记法Cellulose Nano Crystals还称作CNC。CNC具有高的结晶度。其典型直径小于100nm，其长度小于500nm。

CNC在不同技术领域具有制备可再生并且可以生物降解的材料的巨大潜力。

CNC的一种特殊应用是形成所谓的高内相Pickering乳液(HIPE)，其中CNC在乳液的不同成分的界面处积聚，并使乳液例如水包油乳液稳定化。

CNC包含在不同的含木质纤维素的起始材料中。其特别是包括木材、秸秆及其他的尤其是含纤维的生物质。在这些含木质纤维素的起始材料中，CNC通常不是以游离态存在，而是形成木质纤维素纤维的成分，其中其通过非晶态纤维素连接至相关结构。

除纤维素以外，甲壳质是最广泛分布的多糖，并用于形成结构。其与纤维素的区别在于乙酰胺基。甲壳质包含在基于真菌或不同动物的不同的生物起始材料中。有壳动物(Schalentieren)和甲壳动物的壳具有高浓度的甲壳质，其中甲壳质纳米晶包含在通过非晶态甲壳质结合的结构中。

甲壳质纳米晶(ChNC)具有与CNC相似的尺寸，同样具有高的结晶度，并且在不同技术领域具有制备可再生并且可以生物降解的材料的巨大潜力。

现有技术

Yu Wu et al.“Carboxyl CNCs from Poplar”,BioResources 12(4),8775-8785(2017)公开了一种方法，其中使用过硫酸铵氧化，以从由杂交杨获得的含木质纤维素的起始材料分离CNC。额外地用高碘酸钠处理所分离的CNC，以将在纤维素的C2-/C3-位上的羟基选择性地氧化成羧基。

H.Yang et al.“Preparation and characterization of stericallystabilized nanocrystalline cellulose obtained by periodate oxidation ofcellulose fibers”,Cellulose 22:1743-1752(2015)公开了通过含木质纤维素的起始材料的高碘酸盐氧化来制备CNC。为此添加潮湿的纤维糊浆(Faserbrei)NaIO₄和NaCl，在黑暗中在搅拌的情况下反应四天，直至通过添加乙二醇淬灭剩余高碘酸盐来结束。随后，用热水处理CNC，然后由水溶液分离出。

H.Xie et al.“Recent Strategies in Preparation of CelluloseNanocrystals and Cellulose Nanofibrils Derived from Raw Cellulose Materials”,Hindawi International Journal of Polymer Science,Volume 2018,Article ID7923068给出了关于分离CNC的不同方法的总体情况，特别是通过使用高碘酸钠作为氧化剂，然后使用氯化钠作为其他氧化剂。