[发明专利]一种水溶液可再分散型纤维素纳米纤丝的制备方法

说明书

本发明涉及一种水溶液可再分散型纤维素纳米纤丝的制备方法。包括如下步骤：首先对植物纤维原料进行打浆处理，然后对其进行纳米均质处理，得到CNF悬浮液，对制得的CNF悬浮液调节pH后加入一定量的氯化钾，实施干燥处理。本发明的方法中采用机械法制备CNF，得率较高。本发明方法中经过调节pH，加盐处理后的CNF悬浮液经真空干燥后容易水溶液再分散，且再分散后的稳定性等特性好,本方法可降低纤维素纳米纤丝的贮藏、运输成本，且操作简单，适宜于规模化的生产。这为纤维素的高值化利用提供新思路和新方法，为获得水溶液可再分散型CNF的制备提供了新方法。

技术领域

本发明属于纤维素领域，具体涉及纳米纤维素的制备，干燥以及水溶液再分散方法。

背景技术

纤维素是一种丰富、可再生和可生物降解的天然聚合物，在生产家庭生活用化学品和造纸、食品、印刷、化妆品、油井钻探、制药等行业具有十分巨大的应用前景。同时纤维素纳米纤丝(CNF)因其纳米尺度，高比表面积，高长径比，较低的密度，可再生及降解性等优异特性而具有十分广阔的应用前景。然而，CNF因其高的比表面积及其表面含有大量的羟基导致了其在干燥过程中的不可逆团聚和复合过程中CNF(薄膜或粉末)在非极性基质中的团聚；CNF无定形部分之间在干燥过程中额外氢键的形成导致其聚合的不可逆形成，同时，这些在干燥过程中形成的氢键在再分散后不会“断裂”。

为了避免CNF干燥过程中形成不可逆的聚集体或膜状结构，CNF必须悬浮在水中。这些问题限制了CNF在运输、储存和复合材料工业的规模化生产及大规模商业化应用。

有报道使用改性的方式提高纳米纤维素的再分散性，其处理过程中大多使用异丙醇，氢氧化钠，醋酸等化学试剂。这些试剂不仅对CNF本身的性质有一定的改变及影响，无法有效地维持其原本性能，而且会污染环境。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种水溶液可再分散型纤维素纳米纤丝的制备方法。该方法将真空干燥与pH，温度对CNF的去质子化影响相结合，加入盐类后经干燥制得的CNF容易水溶液再分散，是一种显著改善CNF水溶液再分散性制备方法，同时实现了非改性处理纤维素纳米纤丝水溶液再分散后不同固含的应用需求，使CNF水溶液再分散后的应用更加简便。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水溶液可再分散型纳米纤维素纳米纤丝的制备方法，包括：

将浆料打浆、纳米均质，形成CNF悬浮液；

调节CNF悬浮液的pH值为3～4，再调节CNF悬浮液的pH值为7～8；

向pH值为7～8的CNF悬浮液加入氯化钾，混合均匀，真空干燥，形成干燥的CNF；

将干燥的CNF再次分散到水溶液中，即得。

本申请研究发现：CNF悬浮液的pH值的酸碱调节有利于纤维素的去质子化，形成^-CNF。加入氯化钾后，容易形成K⁺-^-CNF，在干燥的过程中这种结构将限制氢键的形成，降低了CNF角质化的程度，使其干燥后易于再分散。

本申请研究发现：CNF的制备方法，干燥的温度、压力等会对水溶液再分散后CNF悬浮液性能产生巨大影响，因此，在一些实施例中，所述打浆采用纤维解离器，转速400～800rpm。

在一些实施例中，所述打浆后的游离度CSF为50～100mL。

高压微射流纳米均质可使介质的颗粒极度细化，均质后的产品具有不沉淀、高胶状、高稳定性等优点，因此，在一些实施例中，所述纳米均质的条件为在200～400bar下，通过200μm的腔室10～15次，1000～1500bar下，依次通过200μm和87μm腔室10～30次，制备的CNF悬浮液分散性好。