[发明专利]基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法

说明书

本发明公开了基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法，将纸浆原料加入低共熔溶剂中进行改性预处理获得纸浆纤维，将纸浆纤维的浆液进行超微粉碎处理获得改性纤维素纳米纤丝，其中，低共熔溶剂中的氢键受体包括氨基磺酸。本发明的方法操作简单，能量损耗低，环境污染小，能有效地改善改性纤维素纳米纤丝的制备过程。

技术领域

本发明属于木质纤维素材料领域，涉及基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

纤维素是地球上含量最丰富、可再生的天然聚合物，可从多种来源提取，如木材、韧皮纤维、草、种子纤维、海洋动物、藻类、真菌、细菌等。纤维素具有生物相容性、生物降解性、可持续性等特点，已广泛应用于造纸、纺织、医药等领域。纤维素的利用对人类未来的可持续发展具有重大意义。

近些年来，从天然纤维素中分离纤维素纳米纤丝(CNF)获得了人们极大的关注。CNF是一种直径在纳米范围内的长缠结纤维，其主要由无定形区和结晶区两部分组成。从纤维素纤维中提取CNF的方法有：(1)机械处理；(2)化学处理；(3)化学处理和机械处理相结合。CNF具有优异的机械性能、高比表面积、低热膨胀系数、高长宽比和环境效益，其在药物、环境、能量、纺织、造纸等领域具有广泛的应用。

CNF表面存在丰富的羟基，这使得其具有良好的亲水性，但这也导致了CNF不能均匀分散于大多数非极性聚合物介质中，因此，为了拓宽CNF的应用，有必要对CNF进行改性。常用于改性CNF的方法有表面吸附改性、化学接枝改性以及聚合物接枝改性等。表面吸附改性是一种利用物理吸附的方法将功能性物质吸附于CNF的表面来实现对CNF的改性的方法，利用此方法改性的CNF在高温、高盐等特殊环境下稳定性差；化学接枝改性是一种利用化学方法将单分子或者聚合物接枝于CNF表面的方法，此方法通常发生在CNF表面的羟基或者纤维素纤维的预处理过程中，应用范围广泛，改性的CNF较稳定；聚合物接枝改性是一种将聚合物接枝于CNF表面的方法，此方法应用广泛，是改性CNF的常用方法，但此方法操作复杂，不利于改性CNF的工业化生产。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法，本发明的方法操作简单，能量损耗低，环境污染小，能有效地改善改性CNF的制备过程。

为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一方面，一种基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法，将纸浆原料加入低共熔溶剂中进行改性预处理获得纸浆纤维，将纸浆纤维的浆液进行超微粉碎处理获得改性纤维素纳米纤丝，其中，低共熔溶剂中的氢键受体包括氨基磺酸。

本发明首先利用含有氨基磺酸的低共熔溶剂对纤维进行一步改性分离，再对改性后的纤维素进行处理制备纤维素纳米纤丝，制备纤维素纳米纤丝方法有多种，例如高压均质法、研磨法、高强度超声法、静电纺丝法等，然而经过研究发现，采用例如高强度超声法等常规方法难以将含有氨基磺酸的低共熔溶剂对纤维进行一步改性分离的纤维素制备成纤维素纳米纤丝，本发明只有利用超微粉碎处理才能够将上述改性分离的纤维素制备成纤维素纳米纤丝。

另一方面，一种磺化纤维素纳米纤丝，由上述基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法获得。

第三方面，一种上述磺化纤维素纳米纤丝在纳米复合材料、塑料、包装、造纸、医药等领域中的应用。

本发明的有益效果为：

(1)本发明利用低共熔溶剂改性预处理纸浆原料，不仅使纤维素得到了润胀，而且使磺酸基团接枝到纤维素分子上，极大地降低了后续的超微粉碎机处理的能量损耗，并成功制备改性效果较好的CNF。