[发明专利]纯植物提取纳米纤维素的阳离子改性方法及其产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及抗菌性纤维素领域，具体是指一种纯植物提取纳米纤维素的阳离子改性方法及其产品和应用。

背景技术

纤维素是天然生物质多层结构中的主要组分，纤维素属于糖类，纯植物提取，无毒、可食用，是地球含量最丰富的可再生有机材料。纳米纤维素具有超高比表面积，热稳定性好，透光率接近于塑料，热膨胀系数接近玻璃，可循环利用和可水相加工等优点；并且纤维素表面含有大量的羟基，非常容易对其表面进行修饰，使其具有特定的功能，使其在各个领域均有非常广阔的应用前景。

在抗菌领域，传统做法是采用无机材料复合，利用无机材料的抗菌特性实现纤维素的抗菌，但是由于无机材料具有不可降解等缺点，限制了其在特定领域的应用（如食品级抗菌产品）；本发明通过在纯植物提取纤维素表面阳离子修饰季氨基，可以利用季铵盐与细菌的细胞质膜的强相互作用抑制细菌繁殖并杀死细菌。但是季铵盐的链长、修饰方式等对纤维素的抗菌效果及长期稳定性有非常大的影响。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纯植物提取纳米纤维素的阳离子改性方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的阳离子改性的纯植物提取纳米纤维素产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种纯植物提取纳米纤维素的阳离子改性方法，其特征在于，通过低温下将纤维素酯化，然后在通过加成反应和聚合反应在表面修饰季铵盐，包括如下步骤：

步骤一：将1g纯植物提取的纳米纤维素与一定量的氨基酸与10 mL去离子水预混，氨基酸的质量为纳米纤维素的1~5%，搅拌得到混合液A；

步骤二：将去离子水和二甲基亚砜，或二甲基甲酰胺，或二甲基乙酰胺预混，二者总体积为30 mL，水和二甲基亚砜或二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺的体积比为1:2~4；加入一定量的叔丁基氢醌，叔丁基氢醌的用量为纤维素质量的0.1~0.2%，搅拌30~60 min，得到溶液B；

步骤三：将A和B混合均匀，加入0.05~0.5mL的对苯甲磺酸和3~4g的甲基丙烯酸酐，30~50 ℃反应30~50 min，然后将样品在冷冻干燥机中干燥；得到样品C；

步骤四：将步骤三所得样品C与50mL去离子水混合，超声20~30min，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与纤维素中葡萄糖单体摩尔比为3~5:1，在氮气氛围中将溶液加热至30~50 ℃，然后迅速注入引发剂的水溶液，搅拌反应3~4 小时后，加入乙醇，离心；将沉淀物重新溶解入去离子水中，然后加乙醇离心，重复3~5次后将未反应的副产物清洗干净，冷冻干燥后，即得到阳离子改性的抗菌纳米纤维素粉末。

步骤四中，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾中的一种或任意混合；加入引发剂的摩尔量与反应体系纤维素中葡萄糖单体摩尔比为1.5~4:1。

本发明原理是：由于纳米纤维素表面存在大量的羟基功能团，易于对表面进行修饰使其具有不同功能，本发明通过在纤维素表面引入季铵盐，不破坏纤维素本身的结构，通过溶剂及分散剂配合，避免纳米纤维素的团聚；通过季铵基团与细菌细胞质膜的强相互作用，起到抑菌、抗菌甚至杀菌的效果。

本发明提供一种阳离子改性的纯植物提取纳米纤维素，其特征在于根据上述任一所述方法制备得到。

本发明产品与无机抗菌剂相比，阳离子改性的纤维素材料具有原料丰富、无毒、可降解等优点。阳离子修饰的纳米纤维素可添加于纸、纺织品等产品中，开发具有抑菌、杀菌功能的制备高附加值的产品。

本发明提供一种阳离子改性的纯植物提取纳米纤维素作为抗菌纤维素的应用。

本发明方法是一种简单纳米纤维素表面阳离子修饰的方法，通过低温下将纤维素酯化，然后在通过加成反应和聚合反应在表面修饰季铵盐。测试结果表明，该方法改性的纳米纤维素具有强抗菌效果。本发明采取通过两步法，在纯植物提取的纳米纤维素表面选择性修饰，在防止纳米纤维素团聚的基础上，实现了对其阳离子改性，改性后的纤维素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有强抗菌效果，本方法制备工艺简单，制备的成本低，制备的抗菌纤维素可用于食品级包装纸、医疗绷带、伤口敷料等，对进一步推进食品级、可降解相关抗菌产品的开发具有实际应用价值。

具体实施方式

实施例1：

将1g纯植物提取的纳米纤维素与0.01g氨基酸与10 mL去离子水预混，搅拌得到混合液A；