[发明专利]一种玉竹纤维纳米晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种玉竹纤维纳米晶的制备方法，包括以下步骤：(1)将玉竹根茎纤维破碎后得到纤维粗粉；(2)使用碱溶液对所述纤维粗粉进行碱处理，将得到的产物冲洗并脱水，得到中间产物；(3)使用氧化剂对所述中间产物进行漂白，得到纤维微晶；(4)对所述纤维微晶使用纤维素酶进行酶解，后处理后即得所述玉竹纤维纳米晶。本发明选择碱处理和酶解方法制得纤维纳米晶，工艺简单复杂，降低了酸碱消耗量，反应条件更加温和，对环境更加友好。

技术领域

本发明涉及植物纤维材料领域，具体涉及一种玉竹纤维纳米晶的制备方法。

背景技术

纤维纳米晶是一种生物质组织，对复合材料具有天然的亲和力，可形成“自适应结构”，产生减弱界面局部应力的效果；在应力作用下，纤维纳米晶粒子将沿填充物质表面进行滑移，打断的键重新连接成新键，使高聚物基体与填充材料之间仍能保持一定的黏合强度，减轻复合材料的破坏程度，因此纤维纳米晶可作为增强相用于改善复合材料的性能。纤维纳米晶由于其良好的物化性能与生态性能，近年来作为填充物被广泛应用到复合材料领域，目前含有纤维纳米晶的复合材料已经被广泛地用于包装、工程塑料、3D打印、生物医学工程等多个领域中。

目前纤维纳米晶一般通过植物纤维(比如大豆等)通过酸解法进行制备得到，但该方法仍存在原料预处理过程复杂、制备工艺繁琐、酸碱消耗量大、所得产物粒径过大等问题，因此，亟需一种新型的纤维纳米晶制备工艺。

发明内容

本发明提供了一种玉竹纤维纳米晶的制备方法，用以解决目前纤维纳米晶制备工艺存在的原料预处理过程复杂、制备工艺繁琐、酸碱消耗量大、所得产物粒径过大等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种玉竹纤维纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将玉竹根茎纤维破碎后得到纤维粗粉；

(2)使用碱溶液对所述纤维粗粉进行碱处理，将得到的产物冲洗并脱水，得到中间产物；

(3)使用氧化剂对所述中间产物进行漂白，得到纤维微晶；

(4)对所述纤维微晶使用纤维素酶进行酶解，后处理后即得所述玉竹纤维纳米晶。

上述技术方案的设计思路在于，本发明选择玉竹根茎为原料，农作物秸秆的木质素平均含量在20％以上，而玉竹根茎中的木质素含量经检测仅为10.30％，因此玉竹中木质素的脱除难度比其他农作物秸秆低；本发明通过碱处理和酶解方法依次对纤维粗粉进行处理，可先对纤维粗粉中的纤维素进行润胀并制备纤维微晶，再利用纤维素酶对纤维微晶进行酶解，制得纤维纳米晶；现有制备纤维微晶的技术相较于本发明而言工艺流程复杂，酸碱消耗量大，同时本发明选用酶解法对纤维微晶进行处理相较于酸解法、低共熔溶剂等方法而言反应条件更加温和，对环境更加友好；同时，本发明在碱处理后使纤维素完全润涨后，再通过氧化剂对产物进行漂白，可以获得最佳的漂白效果。

作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中所述玉竹根茎纤维选用已进行水提多糖工艺后剩余的玉竹根茎纤维。现有技术中，玉竹水提多糖后的残渣属于废弃物，而本优选方案采用水体多糖后残余的玉竹根茎纤维作为制备纤维纳米晶的原料，不仅省去了除去根茎纤维中水溶物的步骤，节省了时间和能耗成本，还降低了原料成本，可提高玉竹资源利用率。

作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述碱处理使用的碱溶液选用质量分数为3％～7％的氢氧化钠溶液；氢氧化钠溶液的浓度进一步优选为5％。经该浓度的氢氧化钠溶液处理后的玉竹纤维产物具有较小的粒径和较高的产率。

作为上述技术方案的进一步优选，步骤(2)中所述碱处理的温度为80～100℃，碱处理的时间为2～4h。