[发明专利]非晶纤维素分散液的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶纤维素分散液的生产方法，具体地讲，本发明涉及以微晶纤维素为原料，制得在广泛pH值，离子强度和温度都具有良好稳定性的非晶纤维素分散液的生产方法。

背景技术

纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子，由β-D-葡萄糖基通过1,4-糖苷键连接而成的线性高聚物。农产品加工中产生的水稻﹑玉米和小麦等各类作物秸秆，香蕉﹑石榴等果蔬加工残渣以及林木资源副产品都是纤维素的丰富来源，以纤维素为原料可制备微晶纤维素、纳晶纤维素、微纤维纤维素以及非晶纤维素分散液。用稀酸水解纤维素并达到其平衡聚合度，即可得到微晶纤维素，微晶纤维素已经商品化，广泛应用于食品和药品领域，现也可作为纳晶纤维素、微纤维纤维素以及非晶纤维素制备的原料。有关纳晶纤维素分散液的制备方法很多，酸水解也是其常用的方法之一，多采用硫酸或者盐酸水解纤维素的非晶区域从而获得结晶度较高的纳米纤维素，即纳晶纤维素。通常情况下，通过盐酸水解得到的纳晶纤维素表面不带电荷或者是带有少量的负电荷， 其在水溶液中的分散性和稳定性都较差；而硫酸水解获得的纳晶纤维素表面带有较强的负电荷，在静电斥力作用下促使纤维素不易聚集而能够较好的分散在水溶液中。除此之外，化学氧化法也常用于制备纳晶纤维素，如有研究采用TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物）表面氧化法，即将纤维素表面的羟甲基氧化为羧基，进一步水解纤维素即可得到纳晶纤维素。机械处理方法常用于制备微纤维纤维素，和纳晶纤维素相比，其含有一定的非晶区。

相比微晶纤维素、纳晶纤维素以及微纤维纤维素而言，非晶纤维素的制备和研究受到的关注都比较少。稀酸水解、表面氧化以及机械处理等方法制备非晶纤维素的研究罕见报道，现有的制备方法主要有离子液体以及氢氧化钠/尿素溶液。部分室温离子液体，比如[BMIM]Cl，可直接溶解微晶纤维素而得到非晶纤维素分散液，并且无衍生化反应发生，但是离子液体较昂贵，且在食品中的应用还有待研究。氢氧化钠/尿素水溶液体系能够在2分钟内快速溶解纤维素，但是这个溶解过程需要较低的温度，通常在-12 ~ -5 ℃，而且只有纤维素的重均分子量低于1.2×10⁵时才能在此溶剂体系中溶解。

此外，离子强度、pH值以及温度对微晶纤维素、纳晶纤维素以及微纤维纤维素分散液稳定性具有一定的影响。例如，研究表明纳晶纤维素分散液的稳定性和流变性都受这些条件的影响，在有离子存在的条件下以及在较低和较高pH值时极易聚集，且流变学动态测试表明，纳晶纤维素分散液的粘弹性随着离子强度、pH值的增加而增加。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种新型的方法制备非晶纤维素分散液。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种非晶纤维素分散液的生产方法，它以微晶纤维素为原料，经无机酸溶解、培育、稀释、除酸、浓缩步骤制备得到非晶纤维素分散液。

本发明方法更详细的步骤如下：

（1）溶解：微晶纤维素加水润湿后，加入无机酸溶解，溶解温度为0 ~ 15℃，溶解时间为0.5 ~ 2 h，获得微晶纤维素分散液；

（2）培育：将上述微晶纤维素分散液在反应温度0 ~ 15℃下培育12 ~ 24 h，得到反应液；

（3）稀释：加入4~6倍体积的溶剂稀释上述反应液，得到稀释液；

（4）除酸：除去上述稀释液中的无机酸，直到pH值恒定；

（5）浓缩：浓缩除酸后的非晶纤维素分散液，获得非晶纤维素分散液成品。

所述的微晶纤维素纯度为96~100%，粒度为20-100μm。

步骤(1)中所述的水为去离子水；所述的无机酸为硫酸﹑磷酸﹑盐酸或硝酸的一种或多种混合，所述的无机酸的质量分数为37%～95%。

步骤(1)中所述的微晶纤维素、水与无机酸的用量比为1：2 ~ 3：45 ~ 55 g /ml /ml，所述的微晶纤维素分散液的浓度为1～3% w/v；步骤(5)制得的非晶纤维素分散液的浓度为1~2.5% w/v。

步骤(1)中采用摇床或者是搅拌装置可加速微晶纤维素的溶解。

步骤(3)中采用无水乙醇，丙酮或者去离子水中的一种稀释所述反应液。

步骤(4)中采用离心﹑透析或透滤方法除去所述稀释液中的无机酸，直到上清液、透析液或透滤滤过液的pH值和步骤(3)中所述的稀释用溶剂的pH值一致；所述的离心力为1000 ~ 2000g，所述的透析袋或膜的截留分子量为5000 ~ 6000 Da。