[发明专利]一种纳米木质素及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米木质素及其制备方法，所述纳米木质素具有高含量羟基、中等分子量，其平均粒径为306～1121nm，羟基含量为8.7～20mmol/g，重均分子量为2035～3428g/mol。本发明的纳米木质素的制备方法中，以工业木质素为原料，氢氧化钠为催化剂，通过化学水解、超声处理和冷冻干燥制备出上述纳米木质素。相对物理法来说，本发明采用化学水解法制备的纳米木质素，具有显著提高木质素羟基含量、适度降低木质素分子量的优点，尤其适合取代石油基多元醇制备木质素基有机高分子聚合物。

技术领域

本发明属于木质素新材料技术领域，具体涉及到一种纳米木质素及其制备方法。

背景技术

木质素来源广泛，是储量仅次于纤维素的第二大可再生、易降解的天然高分子材料。由于具有丰富的芳香结构及羟基等活性基团，其在高分子材料等领域具有潜在的应用。然而，其来源广泛、分离方法多，致使木质素结构极为复杂并且分子量分布较宽,因此90％以上的工业木质素被当作廉价燃料或填充物使用，造成资源的极大浪费。为实现木质素的高值化利用，将木质素制备成生物基燃油、小分子化学品和纳米材料等成为当前的热点。其中木质素纳米材料拥有较大的比表面积，更多的可及活性官能团以及自身的抗菌性、无细胞毒性以及紫外吸收性，使得纳米化为木质素的高值化利用提供了新途径。

现有的木质素纳米材料主要有纳米木质素、纳米木质素衍生物以及木质素纳米复合材料，其中纳米木质素是一种简单的也是最直接的高值化利用的木质素纳米材料。现有的纳米木质素主要采用物理法制备，有机械处理法、沉淀法、自组装法、反溶剂法以及蒸发法等。物理法所制备的纳米木质素，其羟基含量和分子量基本没有变化，主要用作抗氧化剂、抗菌剂、紫外阻隔剂、药物载体、抗腐蚀剂等功能材料，其效果优于非纳米化的木质素，其原因是纳米木质素具有纳米材料的大比表面积、高活性等优点。

为拓展纳米木质素的新应用，特别是取代石油基多元醇制备木质素基高分子聚合物材料，目前仍未见报道。现有的非纳米化木质素一般为固体，与液体多元醇相容性较差，且难以分散在溶剂中；另外，大颗粒木质素固体具有较小的反应界面。因此制备的生物基聚合物均一性较差，主要性能也下降，限制了木质素基高分子材料的发展。纳米木质素具有颗粒小、易分散、反应界面大等优点，然而现有纳米木质素羟基含量低、反应活性也低。因此，提高纳米木质素羟基含量不仅可以提高反应活性，而且也有助于提高纳米木质素与多元醇的相容性以及在溶剂中的分散性。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种纳米木质素。

本发明还要解决的技术问题是提供上述纳米木质素的制备方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种具有高含量羟基、中等分子量的纳米木质素，其平均粒径为306～1121nm，羟基含量为8.7～20mmol/g，重均分子量为2035～3428g/mol。

为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了上述纳米木质素的制备方法，以工业木质素为原料，氢氧化钠为催化剂，通过化学水解反应、超声处理和冷冻干燥，即可制备出纳米木质素。

其中，上述纳米木质素的制备方法具体包括以下步骤：

(1)将工业木质素与NaOH溶液于水热釜中进行化学水解反应，反应结束后，冷却；

(2)用2mol/L的硫酸水溶液将上述反应液的pH调到1～3，离心过滤、水洗直至反应液为中性，得到解聚木质素颗粒。

(3)将步骤(2)所得解聚木质素颗粒放入有机溶剂中，经超声处理和冷冻干燥，得到所述纳米木质素；其中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、四氢呋喃和乙酸丁酯中的任意一种或几种组合。