[发明专利]一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝

说明书

本发明属于植物纤维材料领域，公开了一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝。本发明方法包括以下步骤：(1)使用精细切割磨通过干法高频切割将纤维素原料切割成粉末；(2)将步骤(1)的粉末配制成纤维素分散液，进行微细化磨浆，得到纤维素浆液；(3)将纤维素浆液进行高强微射流均质处理，得到纳米纤维素纤丝。本发明方法制备得到的纳米纤维素纤丝的直径为15～60nm，长径比的范围为40～200；与化学法相比，长度切断较少，拥有较长的长度，且无化学试剂残留，可应用于食品、医药、材料、化工等领域。本发明方法采用纯机械法制备纳米纤维素纤丝，制备过程绿色环保，没有产生废水，对环境友好，而且工艺简单。

技术领域

本发明属于植物纤维材料领域，特别涉及一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝。

背景技术

植物纤维是自然界中丰富的可再生资源之一。近年来，由于石化资源枯竭、温室效应等问题，植物纤维资源成为全球研究的热点。而来源于植物纤维资源的纳米纤维素由于其拥有高比表面积、高结晶度、低密度、优秀的力学性能、低热膨胀性、可再生、可回收、可生物降解、生物兼容、可进行表面化学改性等众多的优点，使其在材料、化工、食品、医药等领域有巨大的潜在应用价值。

近年来，研究者们使用多种方法制备纳米纤维素，主要包括化学法、机械法和生物法。其中，Tempo法、酸法、酶解法等方法应用广泛，但是此类方法涉及到了化学试剂，对环境造成了污染。而机械法操作简单，绿色环保。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法。

本发明方法以植物纤维为原料，使用干法切割与湿法微细化磨浆相结合的纯机械法，制备出纳米纤维素纤丝。该方法不使用任何化学试剂，而且不产生废水，制备过程绿色环保，对环境友好，而且工艺简单。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的纳米纤维素纤丝。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，包括以下步骤：

(1)使用精细切割磨通过干法高频切割将纤维素原料切割成粉末；

(2)将步骤(1)的粉末配制成纤维素分散液，进行微细化磨浆，得到纤维素浆液；

(3)将纤维素浆液进行高强微射流均质处理，得到纳米纤维素纤丝。

步骤(1)中，所述纤维素原料包括针叶木浆、阔叶木浆、非木材浆、废纸浆和其他农林废料制成的纸浆中的至少一种。

步骤(2)中，所述纤维素分散液的浓度优选为0.1～4wt％。

步骤(2)中，所述微细化磨浆的压力优选为1000～1500bar；所述微细化磨浆的处理次数优选为10～100。

步骤(3)中，所述高强微射流均质处理的压力优选为70～200MPa；所述高强微射流均质处理的次数优选为3～20遍。

步骤(1)得到的粉末的宽度范围为12～25μm，长度范围为30～600μm。

步骤(2)得到的纤维素浆液为纳米级别的浆液。

步骤(3)中通过高强微射流均质处理，得到的纳米纤维素纤丝直径更小、更均一。

本发明采用纯机械法制备纳米纤维素纤丝，制备过程绿色环保，没有产生废水，对环境友好，而且工艺简单。本发明方法制备得到的纳米纤维素纤丝的直径为15～60nm，长度为2μm至10μm，长径比的范围为40～200。与化学法相比，纯物理法制备的纤维素纤丝在长度上的切断较少，使得其拥有较长的长度，可以应用于材料增强中。且纯物理方法不涉及化学试剂，无化学试剂残留，可应用于食品、医药、材料、化工等领域，绿色环保。