[发明专利]一种微纳米纤维素的绿色制备方法

说明书

本发明公开了一种微纳米纤维素的绿色制备方法。所述方法是先将纤维原料浸渍在氢氧化钙的悬浮液中，然后采用机械法对浸渍浆料进行解离，再向解离后（也可解离前）的浆料悬浮液中加入晶型控制剂并混合均匀，接着在一定温度下，边搅拌悬浮液边通入含有二氧化碳的气体，直至悬浮液pH值达到一定数值后达到碳化终点，最后得到碳酸钙包覆的微纳米纤维素。本发明方法原料适用性强，预处理条件温和，对设备要求不高，药品价格便宜且利用率高，工艺简单，预处理后不需要对物料进行洗涤，不产生任何废液和洗涤废水，对环境友好，预处理后所需机械解离能耗少，成本低，有利于工业化生产。本发明得到的碳酸钙包覆微纳米纤维素，碳酸钙形态可控，能够适应不同领域的应用需求。

技术领域

本发明属于植物纤维材料领域，具体涉及一种微纳米纤维素的绿色制备方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富、可再生、生物相容和可生物降解的天然聚合物，是大部分植物的基本组成部分。纤维素纤维作为木材、纺织品或绳索的使用可以追溯到几千年前。随着纳米技术的出现和发展，纤维素以“纳米纤维素”的新形式受到越来越多的关注。根据形态和来源，纳米纤维素主要分为三类：纤维素纳米晶体(CNC)、微纳米纤维素(微纤化纤维素MFC和纳纤化纤维素NFC的统称)和细菌纳米纤维素(BNC)。目前对微纳米纤维素的研究最多，且应用也最广。它除了具有纤维素的来源广、无毒、不溶于水、可再生、可降解等优点外，还具有比较面积高、长径比大、保水性好、密度低、强度高等特性，可广泛应用于造纸、食品、包装、医药、化妆品、建筑、汽车、能源等领域。

自从1983年Herrick和Casebier等人首次采用高压均质法由木浆制得纤维素纳米纤丝以来，目前已有多种机械方法可用于制备微纳米纤维素，例如盘磨、微射流、超声波等。但通常采用这些物理方法直接从植物细胞壁上剥离微纳米纤维素时，需要消耗大量的能量。为了降低降低能耗，需要在机械解离之前对物料进行预处理，包括化学预处理和酶处理等。但是，这些预处理在降低机械能耗的同时还会带来其它问题，比如预处理后需要对浆料进行过滤和洗涤，过滤后的滤液需要进行药品回收和废液处理，洗涤过程需要大量的清水，洗涤废水也需要进行处理。例如发明专利CN201310081960.0公开了一种将TEMPO氧化预处理与高压均质、微流化或超声波处理相结合制备纳米纤维素的方法，氧化后需要对纤维和废水进行分离，并在解离前需要对分离后的纤维进行洗涤。发明专利CN201711009627.3公开了一种羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法，该方法将羧甲基化预处理与高压均质相结合制备了纳米纤维素，在羧甲基化预处理后，需要用酸中和体系中的碱，并对产物进行离心洗涤。发明专利CN201610750056.8公开了一种结合稀酸预处理、超声波辅助和低温下二级高压均质处理制备微纳米纤维素的方法，该方法在稀酸预处理后，也需要对物料进行离心洗涤。发明专利CN201610753659.3公开了一种酶预处理结合微射流均质处理制备微纳米纤维素的方法，该方法相对于酸、碱预处理减少了废水排放中酸碱中和处理的问题，但这种预处理方法所需时间长，且预处理后需要进行过滤洗涤并对滤液高温灭活。

总之，在微纳米纤维素制备过程中，在机械解离之前对物料进行化学预处理和酶处理等，虽然可以显著降低机械解离能耗，但同时又带来了物料洗涤、药品回收、废液处理等问题。因此，亟需寻找一种不需要对物料进行洗涤、不会产生废水且能明显降低机械能耗的微纳米纤维素绿色制备方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种微纳米纤维素的绿色制备方法，该制备方法能够明显降低机械解离能耗，且预处理后不需要对物料进行洗涤，也不会产生洗涤废水，克服了现有技术存在的上述不足。另外，所得到的微纳米纤维素外包覆有碳酸钙颗粒，碳酸钙颗粒的晶型可根据碳化条件的进行控制，使其能够适应不同物质的增强需求，可用于增强纸张、复合材料、树脂、橡胶、陶瓷等。另外，微纳米纤维素表面的羟基部分被碳酸钙颗粒覆盖，能够在起到增强作用的同时，降低微纳米纤维素对浆料滤水的不利影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微纳米纤维素的绿色制备方法，其特征在于，包括如下步骤：