[发明专利]阳离子竹纤维素纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明提供一种高木质素含量的阳离子竹纤维素纳米纤维的制备方法，该方法包括：(1)将竹原纤维置于碱溶液中溶胀，活化竹原纤维上的羟基；(2)阳离子醚化试剂与活化的竹原纤维反应，反应产物经过滤、洗涤制备阳离子竹纤维素纳米纤维；所述竹原纤维木质素含量为5wt％～25wt％。本发明制备的阳离子竹纤维素纳米纤维，可实现阳离子竹纤维素纳米纤维保留木质素，且尺寸可控、分布均一，阳离子竹纤维素纳米纤维膜的拉伸强度高达250MPa，具有阳离子竹纤维素和竹琨类活性物质的协同抗菌功能。

技术领域

本发明涉及高分子科学技术领域，具体地，涉及一种高木质素含量的阳离子竹纤维素纳米纤维及其制备方法。

背景技术

近年，随着我国经济的快速发展，不可再生能源日益枯竭和环境污染为人类的生存健康和实现可持续发展带来严重影响。为此，来源广泛、环境友好、安全无毒且可再生的天然高分子基复合材料已引人注目。纳米纤维素作为一种可再生、可降解的绿色纳米材料，近来在不同领域受到广泛关注，这是因为纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源，它们可来自于陆地上的树木、棉花、秸秆、竹子，以及海洋中的海藻、海鞘等植物和动物体(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,5438-5466)。此外，纳米纤维素还具有表面可控的电荷形态、独特的结构、优越的力学性能以及较低的热膨胀系数等特点(Chem.Soc.Rev.2017,46,1510-1525)，作为一种梦幻般的新纳米材料，其用途可覆盖从生物、医学、增强剂、造纸工业到食品工程领域、污水净化以及光电储能等方方面面。

长期以来，对于纳米纤维素的研究，日本、北欧和北美等国和地区一直走在前列。其中纤维素纳米纤维根据不同的制备方法，又可以分为表面不带电荷的酶解纳米纤维素、表面带负电荷的TEMPO氧化纳米纤维素以及表面带正电荷的阳离子纳米纤维素。通常，单根纤维素纤维(直径一般为5-20um)是由束状的纳米纤维(直径一般为3-20nm)组成，它们的最大长度可达到5um，其长径比可超过250(Biomacromolecules 2006,7,1688-1691)。这种精细的纳米结构、高比表面积，再加上表面丰富的羟基和其它可控的官能团，通过非共价键作用和原位化学聚合等方法制备出结构可控且性能优异的可降解功能高分子复合材料。

当前，以木浆和棉浆等为原料的阳离子纤维素纳米纤维已经成功制备(ACSApplied MaterialsInterfaces 2021,13,4463-4472)，但是没有抗菌活性。因此，通过表面化学改性的方法，制备高木质素含量且尺寸可控的阳离子竹纤维素纳米纤维在可降解功能复合材料领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种高木质素含量的阳离子竹纤维素纳米纤维及其制备方法，该方法使用竹原纤维制备的阳离子竹纤维素纳米纤维尺寸可控、分布均一且保留木质素和竹琨类活性成分。

具体地，本发明提供了一种阳离子竹纤维素纳米纤维的制备方法，该方法包括：

(1)将竹原纤维置于碱溶液中溶胀，活化竹原纤维上的羟基；

(2)阳离子醚化试剂与活化的竹原纤维反应，反应产物经过滤、洗涤制备阳离子竹纤维素纳米纤维；所述竹原纤维木质素含量为5wt％～25wt％。

优选地，所述竹原纤维木质素含量为20wt％～25wt％。

优选地，步骤(1)中，竹原纤维加入到碱溶液中，在60～100℃加热，搅拌均匀，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液；所述碱溶液浓度为2-8wt％；优选为5-6wt％。

优选地，所述竹原纤维质量分数为1-10wt％；更优选为3-5wt％。

优选地，步骤(2)中，阳离子醚化试剂与活化的竹原纤维加热反应，反应温度为50-120℃，反应产物经过滤、洗涤制备阳离子竹纤维素纳米纤维；优选地，重复前述步骤2-4次。