[发明专利]一种高长径比纳米纤维素的制备方法

说明书

本发明提供了一种高长径比纳米纤维素的制备方法，该方法将木质纤维素经复合生物酶处理，并将处理后的木质纤维素用打浆机打浆至一定打浆度，所得到的浆料添加适量的分散剂或者研磨过的矿物质后进行胶体磨循环处理，并随着循环次数的增加，不断减少磨盘间隙，得到高长径比纳米纤维素。本发明克服了制备纳米纤维素所需能耗高及高长径比纳米纤维素在制备过程中因氢键作用而发生的团聚问题。

技术领域

本发明涉及一种高长径比纳米纤维素的制备方法，属于生物纳米材料领域。

背景技术

随着社会经济的不断发展，不可再生资源日益匮乏，环境污染等问题日益突出，木材纤维作为地球上丰富的可再生资源，在科学、医药、能源、卫生等领域的应用越来越受到重视。纳米纤维素是以纤维材料作为原料，通过化学、物理或生物法制备的具有一维纳米尺寸的纤维素衍生材料，它因为其生物可降解，生物可相容，比表面积大，力学性能优良等诸多优良特性，可用于医药、包装、造纸、食品添加剂、油漆涂料、地板、建材等领域。

作为一种新兴的生物纳米材料, 纳米纤维素受到了各界的广泛关注。其制备方法分为化学法，物理法和生物法等。化学法制备纳米纤维素包括无机酸水解法和纤维素酶水解法。无机酸水解法利用强酸实现纤维素的水解，通过采用超声预处理等方式提高产品得率，缩短反应时间；水解过程中的温度、反应时间、强酸的种类和浓度、植物纤维素的用量等均会影响纳米纤维素的性质，该法会产生大量的废酸和杂质，消耗大量的水和动力资源，并对反应设备要求高，要求设备能够耐受强酸，另外对反应后的残留物进行回收和处理比较困难。纤维素酶水解法，即利用选择性较强的纤维素酶去除纤维素无定形区，剩下纤维素结晶区，该法工艺条件温和，专一性强。物理法是指通过压力，摩擦，加热爆破等物理手段，实现纤维素的分离分解，制备得到纳米级纤维素。其工艺简单，易于操作，但需要采用特殊的设备，能量消耗比较高，制备的纳米纤维素粒径分布宽，另外还容易出现均质机堵塞等问题，无法实现制备过程连续化。生物法制备纳米纤维素操作复杂，耗时长，成本高，尽管国内外的研究较多，但未得到广泛应用。因此研究发展出新型的简单、绿色、低能耗、高效的制备纳米纤维素方法刻不容缓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗且有效解决纳米纤维素团聚的一种高长径比纳米纤维素的制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于其制备过程是将一定浓度的木质纤维在25～50℃，pH为6.5～8.5的条件下经复合生物酶处理12～48h，将处理得到的浆料加水稀释至1.5～2.5w%的浓度后用打浆机打浆至打浆度为65～95°SR，所得到的浆料按相对于木质纤维的绝干重量添加0.1～1w‰的分散剂或者研磨过的颗粒直径在10～200nm的矿物质后进行胶体磨循环处理，循环次数为2～10次，并随着循环次数的增加，不断减少磨盘间隙，得到长径比为500～2000的高长径比纳米纤维素。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于木质纤维素为针叶木浆、阔叶木浆或者竹浆中的一种或几种。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于木质纤维素的浓度为2～5%。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于复合生物酶为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶与β-葡萄糖苷酶按照10～30︰5～20︰1～5的比例复配而成。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于复合生物酶的添加量按相对于木质纤维的绝干重量为50～150ppm。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于分散剂为聚氧化乙烯PEO或者聚丙烯酰胺PAM。

所述的一种高长径比纳米纤维素的制备方法，其特征在于矿物质为滑石粉、高岭土或者钛白粉中的一种或几种的混合物。

采用本发明，通过复合酶处理可以有效降低能耗，并在打浆和研磨过程中解决纳米纤维素团聚问题，且制备方法绿色环保。

具体实施方式