[发明专利]一种再生纤维素纳米丝的制备方法

说明书

本发明公开了一种再生纤维素纳米丝的制备方法，该方法是将干燥的纤维素溶解在N,N‑二甲基乙酰胺/氯化锂体系中；将纤维素溶解液注入水中，利用高速匀浆机高速搅打分散纤维素溶解液，再生形成纳米纤维素纤维；分散后的物料用水反复抽滤冲洗，冷冻干燥、即得再生纤维素纳米丝；通过本发明方法制得的产物呈白色丝状纤维，纤维素纳米纤维得率高，纤维素以外的其他组分含量极低。

技术领域

本发明涉及一种以植物纤维素为原料，经溶解/再生和高速机械解离途径高效清洁制备纤维素纳米丝的方法，属于天然高分子基纳米材料领域。

背景技术

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，具有可再生、生物相容性好、可完全生物降解等优越性能，是一种可持续、可再生的天然聚合物。对纤维素资源的有效利用已成为化学、化工和材料科学领域的研究热点。纤维素环状结构是由D-吡喃葡萄糖环以β-1,4糖苷键连接而成的直链高分子，分子式(C₆H₁₀O₅)_n, n为聚合度，其值由几百到上万不等，因此纤维素的分子量一般较大，结晶程度也相应较高。纤维素中含有大量的醇羟基基团，容易形成分子间和分子内氢键，这种作用力会大大限制多数羟基对水的亲和作用，使得纤维素不溶于水及一般有机溶剂，限制了纤维素的进一步加工利用。因此，寻找合适的溶解体系对纤维素进行溶解或纳米化的降维处理是主要的研究方向。

纤维素纳米纤维作为纤维素基纳米材料的代表，不但保留了天然纤维素的性质，同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积等特性，能够明显改善材料的光、电、磁等性能，在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。目前纤维素纳米纤维的制备方法主要有化学机械法和生物法。化学机械法即先用化学试剂对纤维素进行预处理，再使用高压均质机对预处理后的样品进行均质化。然而化学预处理的过程中常使用强酸液或强氧化剂对纤维素进行处理，不仅易产生废液对环境污染严重，而且存在药液难以回收的问题。此外高压均质机的使用会消耗大量能量，且在均质过程中极易堵塞，难以进行连续作业，对成本控制是及其不利的。细菌纤维素及生物法制备的纤维素纳米纤维，其具有弹性模量大、机械稳定性好等优点，在许多方面的应用都十分有潜力。但细菌纤维素在培养过程中需要极为严格的培养条件，且生产周期较长，纤维素纳米纤维得率低，制备成本较高。

发明内容

由于没有高得率、快速简易且低能耗制备纳米纤维素的支撑基础和技术手段，迄今为止纤维素纳米纤维还未大规模使用和推广，纤维素基纳米材料的实现工作任重而道远。因此，本发明提供了一种高效制备再生纤维素纳米丝的方法，该方法利用高速匀浆机在相对低温的条件下快速获得再生纤维素纳米纤维，为获取纳米级纤维素纤维提供一种有效的新方法。

实现本发明目的采取的工艺技术方案如下：

（1）将干燥的纤维素溶解在N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂体系中；

（2）将纤维素溶解液注入水中，利用高速匀浆机高速搅打分散纤维素溶解液，再生形成纳米纤维素纤维；

（3）分散后的物料用水反复抽滤冲洗，冷冻干燥、密封，即得再生纳米纤维素纤维。

上述方法的具体操作如下：

（1）将N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）加入干燥的纤维素中，在105~110℃、搅拌下进行溶胀1.5~4.5h，搅拌转速为300~600r/min，待溶胀完毕后，再加入LiCl，在90~110℃、搅拌转速400~800r/min下进行纤维素溶解，时间为1~3h；其中绝干纤维素与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比g:mL为2~6%，LiCl与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比g:mL为6~10%；

（2）抽取1~10mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有200~1000mL、0~40℃水的容器中，一边注入一边利用匀浆机搅打，一边注入一边搅打，注入时间10~90s，完全注入后再持续搅打10~120s，匀浆机转速为3000-30000r/min；