[发明专利]一种提高微晶纤维素结晶度的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子技术领域，具体涉及一种提高微晶纤维素结晶度的工艺方法。

背景技术

微晶纤维素是纤维素经酸水解至极限聚合度（15～375）后得到的短棒或粉末状功能化纤维素产品。微晶纤维素对结晶度有较高的要求，其结晶部分主要来自于纤维素的结晶区。现有纤维素酸水解技术处理过程中，酸对纤维素无定形区的选择性较差，酸水解过程中除无定形区水解外，结晶区的酸水解损失亦较大，导致最终所得微晶纤维素产品结晶度低，得率低，使用性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品得率高的提高微晶纤维素结晶度的工艺方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）向0.2～10mol/L的盐酸水溶液中加入过渡金属氯化物，得到混合溶液；其中，混合溶液中过渡金属离子的浓度为0.01～1mol/L；将漂白木浆纤维素加入混合溶液中并搅拌均匀，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白木浆纤维素与混合溶液的固液比为（1︰5）～（1︰30）g/mL；

2）采用超声波和微波协同方式对固-液分散系进行化学物理催化处理，使固-液分散系中的漂白木浆纤维素的无定形区酸水解，然后过滤，并洗涤滤饼，直到滤液呈中性，即得高结晶度的水解纤维素；其中，超声波频率15～40KHz，微波频率2450MHz，化学物理催化处理温度为40～130℃；

3）将高结晶度的水解纤维素干燥，然后粉碎，并用120目筛进行筛选，通过筛孔的部分即为微晶纤维素。

所述的步骤1）中过渡金属氯化物为FeCl₃、CoCl₂、CuCl₂或AlCl₃。

所述的步骤1）中漂白木浆纤维素为漂白针叶木浆纤维素或漂白阔叶木浆纤维素。

所述的步骤2）化学物理催化处理的时间为20～120min。

所述的步骤2）化学物理催化处理的过程中采用磁力搅拌装置搅拌固-液分散系。

所述的步骤3）中高结晶度的水解纤维素是采用35～125℃的热风进行干燥的，干燥时间为60min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过化学催化和物理催化相结合的方式，利用过渡金属离子的化学催化、超声波的空化作用和微波的热效应及非热效应协同作用来助催化纤维素的酸水解反应，大大提高了酸水解反应中盐酸对漂白木浆纤维素无定形区的选择性，有效地保护了漂白木浆纤维素的结晶区，使最终得到的微晶纤维素的结晶度显著提高，产品性能明显改善，并提高了微晶纤维素的得率。

进一步，本发明还提高了酸水解反应的速率，水解反应只需20～120min，缩短了酸水解反应的时间。

进一步，本发明在水解处理过程中采用磁力搅拌装置搅拌反应体系，保证了水解反应的均匀性。

附图说明

图1为微晶纤维素的XRD图；其中，a为实施例1得到的微晶纤维素的XRD图，b为对比例得到的微晶纤维素的XRD图。

具体实施方式

实施例1：

1）向0.4mol/L的盐酸水溶液中加入固体FeCl₃，得到混合溶液；其中，混合溶液中Fe³⁺的浓度为0.4mol/L；将漂白针叶木浆纤维素加入混合溶液中并搅拌均匀，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白针叶木浆纤维素与混合溶液的固液比为1︰15g/mL；

2）在80℃下采用超声波和微波协同方式对固-液分散系进行化学物理催化处理55min，使固-液分散系中的漂白针叶木浆纤维素的无定形区酸水解，化学物理催化处理过程中采用磁力搅拌装置搅拌固-液分散系，保证反应的均匀性；然后过滤，并洗涤滤饼，直到滤液呈中性，即得高结晶度的水解纤维素；其中，超声波频率25KHz，微波频率2450MHz；

3）将高结晶度的水解纤维素用105℃的热风干燥60min，然后粉碎，并用120目筛进行筛选，通过筛孔的部分即为微晶纤维素，不能通过筛孔部分重复进行粉碎过筛，直至全部通过筛孔。

对比例：

1）将漂白针叶木浆纤维素加入0.4mol/L的盐酸水溶液中并搅拌均匀，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白针叶木浆纤维素与盐酸水溶液的固液比为1︰15g/mL；

2）在80℃下处理固-液分散系55min，在处理过程中采用磁力搅拌装置搅拌固-液分散系，保证反应的均匀性；然后过滤，并洗涤滤饼，直到滤液呈中性，即得高结晶度的水解纤维素；