[发明专利]一种硫酸酯纳米纤维素及其制备方法

说明书

本发明涉及纤维素材料领域，公开了一种硫酸酯纳米纤维素及其制备方法。该方法包括：将纤维素在氨基磺酸的有机溶液中反应3‑24小时，即可制备出硫酸酯纳米纤维素。本发明为纳米纤维素的制备提供了另一种可行方法，所得到的纳米纤维素的产率较高，产品结晶度高,性能优良。本发明提供的方法处理时间短，工艺简单，适合工业化规模生产。本发明所得纳米纤维素产品，在表面含有高浓度的功能基团，在水中具有良好的再分散性，在纳米复合材料、医用高分子材料、可穿戴设备、超吸附等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纤维素材料领域，特别涉及一种硫酸酯纳米纤维素及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界储量最丰富、分布最广泛的天然可再生高分子聚合物。纳米纤维素是在三个维度上某一维度的尺寸小于100nm的一种纤维素材料。纳米纤维素具有小尺寸效应、表面界面效应和宏观量子隧道效应,表现出独特的光、电、磁和化学特性,被誉为“世纪最有前途的材料”，已引起各国政府和科学界的高度重视,在新材料研究和新技术领域中具有广阔的应用前景。

纤维素是植物细胞壁的主要成分,也是地球上最丰富的一种可再生有机资源。利用纤维素不但可以生产清洁能源,还能生产高性能材料及高附加值化学品来代替化石资源由来的产品。由于相邻的纤维素微纤丝化学交联或者物理缠绕在一起,高效纳米化解纤纤维素一直是纤维素高值化利用的一个难点。

纳米纤维素的制备方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要有高压均质法、微射流法、盘磨及超声波法等,物理法的主要缺点是能耗高,有时可以高达25KWh/kg。化学法采用高浓无机酸,如硫酸、盐酸、磷酸等进行酸解,酸水解存在纤维素水解严重,产率低,且酸液对设备腐蚀性强,水解产物回收处理难度大等弊端。生物法的酶价格较贵且反应条件苛刻,反应效率较低反应时间长。为了实现纳米纤维素工业化生产必须开发一种高效简单的纳米纤维素制备方法。

在纤维素微纤丝的表面引入带电的阴离子基团,在相邻微纤丝之间形成静电排斥,破坏纤维素分子间的氢键作用,可以降低解纤时的能量消耗。Akira Isogai等人用TEMPO催化氧化法将纤维素进行氧化改性，虽然可以在微纤丝表面引入羧基基团，但是羧基基团的浓度最大不超过1.8mmol/g纤维素，但是该方法所使用的TEMPO试剂毒性较高，且该反应条件需要在特定PH下才能进行，操作复杂。因此需要发明一种方法，尽可能多的在微纤丝表面引入带电的基团,较低机械解纤能耗,高效制备纳米纤维素。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种硫酸酯纳米纤维素及其制备方法。

本发明目的在于提供一种具有新功能与特征的硫酸酯纳米纤维素产品及其高效制备方法。

本发明提供的硫酸酯纳米纤维素产品为悬浮液、气凝胶状、粉末状，在表面含有高浓度的功能基团，在水中具有良好的再分散性。

本发明另一个目的是提供一种硫酸酯纳米纤维素的制备方法。该方法包括：将纤维素原材料加入到反应液中，在一定的温度下，持续搅拌反应一定时间,反应产物经洗涤、离心、分散后制得硫酸酯纳米纤维素悬浮液，若再经冷冻干燥得到气凝胶状、粉末状纳米纤维素。所述反应液为氨基磺酸的N’N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜混合液。

本发明提供的方法处理时间短,工艺简单,适合工业化规模生产。所得硫酸酯纳米纤维素材料在在纳米复合材料、医用高分子材料、可穿戴设备、超吸附等领域具有广阔的应用前景。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种硫酸酯纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氨基磺酸加入有机溶剂中，搅拌均匀，得到氨基磺酸溶液；

（2）将纤维素加入步骤（1）所述氨基磺酸溶液中，混合均匀，得到混合液，将所述混合液在搅拌状态下加热进行回流反应，冷却至室温，离心取沉淀，得到凝胶状固体；