[发明专利]一种超低结晶度的微纳米纤维素的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学、农业、环境工程领域，涉及天然高分子及其制备技术领域，具体涉及一种超低结晶度的微纳米纤维素的制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料之一，是一种廉价的可再生资源，具有可降解、对环境友好、良好的生物相容性等特点，其应用与开发得到越来越广泛的重视。然而，纤维素分子内和分子间存在大量的氢键，具有很高的结晶度，纤维素内部大量可反应的羟基被封闭，因而阻碍了化学试剂或纤维素表面的接触，造成纤维素可及度低，溶解非常困难。要提高纤维素的可及度及反应活性，可以通过降低纤维素结晶度的方法，破坏纤维素分子间和分子内的氢键，得到无定形程度高的纤维素。

常用的提高纤维素的无定形度的方法包括物理方法，如机械粉碎、超声处理；或化学方法，如酸碱处理；或物理化学方法，如蒸汽爆破等。但以上方法独立使用时都不能制备出超低结晶度的纤维素材料。

如果能使纳米微晶纤维素先完全溶解，再生，再通过机械方法进一步破坏，就可以得到无定形的纤维素。这种无定形的纤维素具有可及度高，反应活性高的特点，对纤维素的学术研究和工业化应用都具有较高的使用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种超低结晶度纤维素的制备方法。本发明首先将属于纤维素Ⅰ结构的微纳米纤维素晶体充分溶于纤维素的溶解体系并再生出来，将纤维素变为结构松散的纤维素Ⅱ结构，再经过机械处理，进一步破坏纤维素的结晶结构，得到无定形纤维素的胶体。由于无定形的纤维素分子间和分子内的氢键作用力减弱，分子链上的羟基大部分暴露出来，增强了纤维素的可及度和反应活性，保水值也有所提高。因此通过本发明的方法制备的纤维素具有超低的结晶度、极高的可及度与反应活性，克服了传统方法制备的纤维素结晶度高、可及度低、反应活性低的缺陷，可以广泛地用于各纤维素的应用领域。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种超低结晶度的微纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：先将结晶程度较高的微纳米纤维素晶体进行溶解，然后在凝固浴中将纤维素再生出来，再经过机械处理，得到超低结晶度的微纳米纤维素。

本发明所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体的粒径为5nm~5μm；所述结晶程度较高的微纳米纤维素晶体通过酸水解方法、氧化降解方法或机械粉碎方法制备。

本发明所述溶解所用的溶剂为碱液、酸液或纤维素溶剂；所述纤维素溶剂为四氧化二氮/二甲基甲酰胺、多聚甲醛/二甲基亚砜、二氧化硫/二乙醇胺/二甲基亚砜、氯化锂/二甲基乙酰胺、硫氰酸钙水溶液、硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液、N-甲基-N-吗啉氧化物或离子液体。

本发明所述凝固浴为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、异戊二醇或聚乙二醇中的一种或两种以上，并且含有质量浓度为0~95%的水。

本发明所述机械处理为高压均质、高速剪切或研磨的一种或两种以上。

本发明所述碱液的质量浓度为4~18%，所用碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的一种或两种以上。

本发明所述酸液的质量浓度为4~90%，所用酸为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸中的一种或两种以上

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明方法制备的低结晶度的纤维素属于无定形结构，其分子间和分子内的氢键作用力减弱，分子链上的羟基大部分暴露出来，增强了纤维素的可及度和反应活性，保水值也有所提高；

（2）本发明方法制备的低结晶度的纤维素，容易溶解，可溶解在各纤维素溶解体系中进行均相反应，具有较高的反应活性，能使反应均匀地在纤维素链上发生，扩大了纤维素的使用领域范围；

（3）本发明的制备方法工艺简单、易操作、重复性好；

（4）本发明通过将物理与化学的方法结合，避免了单一采取物理或化学方法的缺陷，对多种不同来源的纤维素材料都可使用。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限与此。

实施例1