[发明专利]一种纳米纤维素及其制备方法

说明书

本申请公开了一种纳米纤维素及其制备方法，所述纳米纤维素的水接触角小于20°。该方法涉及在有机酸体系中制备纳米纤维素，至少包括以下步骤：(1)使纤维素原料与有机酸溶剂和水反应得固体反应物，洗涤所述固体反应物至中性；(2)将所得固体反应物干燥，即得所述纳米纤维素。本发明采用有机酸水解纤维素制备纳米纤维素，操作简单，反应条件温和，能耗低，并且分离回收的反应溶液可以循环使用，减少了对环境的污染，开辟了工业化生产纳米纤维素的新路径。

技术领域

本申请涉及一种纳米纤维素及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

纤维素作为地球上最丰富的可再生生物质资源，约占生物质总质量的40-50％，它是由β-D-吡喃式葡萄糖基以β-1,4-糖苷键连接而成的线性天然高分子化合物，高分子化合物进一步通过共价键和氢键作用形成纤维素束，它主要由结晶区和无定形区这两部分组成。与人工合成的高分子相比，纤维素具有来源广泛、环境友好、生物相容、生物可降解及可再生等优点。纳米纤维素是一类具有纳米尺寸和高比表面积的新型生物质纳米材料，它不仅具有纤维素本身的优异性能，还具有高纯度、高结晶度、高模量、高强度、超精细结构和高透明性等优良性能，使其广泛应用于医药、化妆品、食品包装、油漆涂料、复合材料、建材等领域，成为纳米材料领域的研究热点。

目前，纳米纤维素的制备方法主要包括机械法、生物法和化学法。其中机械法主要是指使用机械设备如匀质机等对纤维素进行处理，使其发生切断和细纤维化作用，从而分离出纳米尺寸的纤维。通过机械法制备纳米纤维素对环境影响较小，但其对设备要求特殊，且耗能高。生物法是指使用生物酶对纤维素进行处理，具有处理条件温和等优点，但是其制备周期长，工艺复杂。而化学法目前主要是指利用化学试剂对纤维素进行处理制备纳米纤维素的方法，目前常用的化学试剂是高浓度的无机酸，如硫酸、盐酸和磷酸等。在无机酸体系中，纤维素存在着严重的水解问题，回收率较低，且无机酸对反应设备的腐蚀性强，水解产物难处理且反应液难以循环使用。因此发明一种绿色高效、低能耗的纳米纤维素制备方法是进一步实现其在材料等领域广泛应用的基础。

本发明公开一种纳米纤维素及其制备方法。相对于目前已存在的技术，本发明的操作简单，能耗低，并且分离回收的反应溶液可以循环使用，减少了对环境的污染，为纳米纤维素的大规模工业化生产开辟了新路径。

发明内容

本发明的一方面提供了一种纳米纤维素，所述纳米纤维素的水接触角小于20°。

在优选的实施方式中，所述纳米纤维素的水接触角小于15°，更优选地，小于13°。

在优选的实施方式中，所述纳米纤维素的X射线衍射图谱中包括至少两个衍射峰：

衍射峰A，2θ在12°至18°之间；

衍射峰B，2θ在21°至24°之间。

本发明的另一方面提供了一种在有机酸体系中制备纳米纤维素的方法，所述方法至少包括以下步骤：

(1)使纤维素原料与有机酸溶剂和水反应得固体反应物，洗涤所述固体反应物至中性；

(2)将所得固体反应物干燥，即得所述纳米纤维素。

在优选的实施方式中，所述方法还包括反应液再利用的步骤。

在优选的实施方式中，所述纤维素原料来自木屑和/或秸秆；

所述纤维素原料选自纤维素浆、纳米纤维素、微晶纤维素中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述木屑包括松木、榉木、桦木中的至少一种；

所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述有机酸溶剂包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、酒石酸、乳酸、草酸、马来酸和苯甲酸中的至少一种。