[发明专利]一种利用椰壳纤维制备不同尺度纳米原纤的方法及用途

说明书

本发明提供了一种利用天然纤维素纤维制备纳米原纤的方法，其特征在于，包括：将溶胀和分离的天然纤维素纤维及部分单细胞管状纤维按固液重量比1∶30～1∶50完全浸没于含NaOH和NaClO的混合溶液中，所述的含NaOH和NaClO的混合溶液中NaOH的浓度为20‑80g/L，NaClO的浓度为15‑65g/L，在60～98℃下搅拌并同步超声波震荡1～20小时后，得到含纳米原纤的混合液；将所得的含纳米原纤的混合液先以2000～4500rpm的转速进行第一次离心分离除杂后，取下层液体进行步骤A、步骤B或步骤C。本发明采用靶向性溶胀与溶解原纤间质与超声波微气泡冲击扩大而高效、低损伤地分离获得微原纤和基原纤，有助于椰壳纤维的高技术和精细化的循环利用，有利于纤维素纤维资源的可持续发展。

技术领域

本发明涉及一种利用椰壳纤维制备不同尺度纳米原纤的方法，特别是一种利用氧化法制备不同尺度纳米原纤的方法及用途。

背景技术

纤维素是自然界取之不尽、用之不竭、绿色、无污染的可再生资源，地球上每年生长的植物纤维素高达数亿吨，超过了现有石油总储量，但利用量微乎其微。绝大部分为自然降解和作为燃料燃烧，这本身就是一种污染。据报道由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15％，这意味着一边是9％的经济增长，一边是15％的损失率。在人类社会面临资源贫乏、能源危机、环境污染等诸多问题时，植物资源作为地球上分布广泛、来源丰富、可持续利用的纤维资源，具有巨大的开发利用潜力，受到全世界的普遍重视，并已成为可持续资源和新材料的利用与发展方向之一。而从植物纤维中提取制备纳米纤维素原纤作为拓展纤维资源的一种途径，得到人们的广泛关注。

椰子是热带地区主要的木本油料作物之一，海南地属亚热带和热带地区，椰子资源十分丰富。椰子一年均可产果，产果高峰期为9月至次年1月，产果寿命长达80年。每株椰树在80年树龄前的平均年产果实50～200个。海南栽培椰树已有2000年的历史，直到解放后才开始规模化种植。现年均产量可达2.2～2.4亿个，约占全国总产量的99％。作为椰子产业的附属物——椰壳纤维，若每个椰子产椰壳纤维200g/个，海南省每年的椰壳纤维资源可达4.4～4.8万吨。

椰壳纤维从椰壳中分离、除杂、去皮胶后获得的天然纤维素纤维，具有韧性强、防潮、透气、抑菌等特性。目前的主要用途有坐垫、绳索、刷子、室内装潢(少数民族或者外国人会用其做成各种形状置于室内)、制活性炭、燃料等，也被当做废弃物自然降解或焚烧。作为纺织用椰壳纤维主要产品是垫子、地毯、绳索、罗网、门垫等。然而，所有这些应用及产品都是以椰壳纤维本身制成的纺织品及应用。

由于天然纤维素纤维大多为多级原纤结构，如微原纤和基原纤都小于50nm，这些纳米纤维素原纤随其粗细尺寸变细，其结晶度越高，故又称为纳米纤维素晶须。纳米纤维素原纤的提取制备方法及研究，主要有物理法、生物法和化学法。

物理法是通过高压打浆设备或者高压精磨设备将纤维素纤维处理后制备出了具有纳米尺寸的纤维素。(Cellulose microfibrils:a novel method of preparationusing high shear relining and cryocrushing.Chakraborty.Holzforschung.2005,59:102-107；Nano-fibrillation of pulp fibers for the processing of transparentnanocomposites.Iwamoto S,Nakagaito AN,Yano H.2007,89:461-466；The effect ofmorphological changes from pulp fiber towards nano-scale fibrillatedcellulose on the mechanical properties of high-strength plant fiber basedcomposites.Nakagaito AN,Yano H.2004,78:547-552.)