[发明专利]基于机械化学法的磷酸化纳米甲壳素的制备方法及磷酸化纳米甲壳素

说明书

本发明提供了一种基于机械化学法的磷酸化纳米甲壳素的制备方法及磷酸化纳米甲壳素，所述制备方法包括：甲壳素粉末、磷酸化试剂和尿素混合球磨，在球磨过程中对混合物料进行加热，得到反应物；反应物经离心洗涤后取沉淀物，对沉淀物进行机械均质，得到所述磷酸化纳米甲壳素。通过固相机械化学法这种非液相体系磷酸化对甲壳素进行预处理，解决当前生产过程中溶液浸泡法辅助磷酸化存在的高水耗、高能耗、环境污染等问题。

技术领域

本发明属于纳米甲壳素制备技术领域，涉及一种基于机械化学法的磷酸化纳米甲壳素的制备方法及磷酸化纳米甲壳素。

背景技术

纳米甲壳素（NChs）是一种高结晶度、高长径比、高表面积、低密度和丰富的官能团、具有良好的生物活性、生物相容性、可降解性和抗菌特性的绿色环保的纳米材料，被广泛应用于先进纳米材料、组织工程、生物医药等领域。

传统纳米甲壳素的制备工艺包括酸水解法，TEMPO氧化或脱乙酰化结合机械处理的方法。其中，酸水解法与脱乙酰化操作简便，但是过程中需要消耗大量的强酸强碱，不仅给分离纯化操作增加了困难，还增加了水耗、能耗、生产成本与环境污染。而TEMPO氧化过程中需要使用有机催化剂TEMPO，但TEMPO试剂成本高且具有高腐蚀性和刺激性，氧化后的洗涤消耗了大量水资源，限制了纳米甲壳素的大规模制备和其在食品、医药等对领域的应用。磷酸化表面改性作为重要的生物质材料表面改性方法之一受到人们的广泛关注，表面磷酸化的生物质材料不仅保留了固有特性，还被赋予优异的热稳定性和阻燃性能，使其在生物医药、膜材料、水处理、食品保鲜和阻燃材料等领域具有广阔的应用前景。然而，目前磷酸化改性还未被用于纳米甲壳素的规模化制备。

当前，水基磷酸化被广泛用于磷酸化磷酸化生物质材料的制备。生物质原料在含有磷酸盐和尿素的水溶液中溶剂热反应后，通过干燥和固化可以实现磷酸基团的接枝，具有低成本性和低毒性的特点。然而，液相体系的处理方法为达到预定的反应效率通常需要消耗大量水资源，并且在后续干燥过程中存在耗时长和能耗高的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于机械化学法的磷酸化纳米甲壳素的制备方法及磷酸化纳米甲壳素，通过固相机械化学法这种非液相体系磷酸化对甲壳素进行预处理，解决当前生产过程中溶液浸泡法辅助磷酸化存在的高水耗、高能耗、环境污染等问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于机械化学法的磷酸化纳米甲壳素的制备方法，所述制备方法包括：

甲壳素粉末、磷酸化试剂和尿素混合球磨，在球磨过程中对混合物料进行加热，得到反应物；反应物经离心洗涤后取沉淀物，对沉淀物进行机械均质，得到所述磷酸化纳米甲壳素。

本发明提出了一种机械球磨磷酸化结合高压均质纳米化制备纳米甲壳素的方法，旨在通过固相机械化学法这种非液相体系磷酸化对甲壳素进行预处理，解决当前生产过程中溶液浸泡法辅助磷酸化存在的高水耗、高能耗、环境污染等问题。

本发明利用机械球磨将甲壳素、磷酸化试剂和尿素均匀混合的同时实现了表面磷酸化，基于非液相体系的预磷酸化处理使纤维表面接枝了带电的磷酸基团，基于非溶液体系的磷酸化预处理操作简便且磷酸基团负载量高，较高的电荷量引起的强烈静电排斥作用减弱了甲壳素分子链之间的氢键相互作用，从而降低了机械处理的能耗与时间，大幅地节约了人力物力，有利于促进纤维高效的机械均质过程，制备得到的磷酸化纳米甲壳素具有较好的热稳定性和阻燃性能。

本发明在混合球磨的过程中可以使反应物充分混合，并且对混合物料进行机械作用的同时进行高温固化，缩短了制备时间，提高化学反应效率的同时降低了生产能耗。

本发明基于的预磷酸化和高压均质的单元工艺均较成熟，已用于部分产品的工业生产，本发明所述方法简单、高效节能、绿色环保，易于放大，具有良好的推广潜能和工业化价值。