CN102220718B - 一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 - Google Patents
一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102220718B CN102220718B CN 201110151350 CN201110151350A CN102220718B CN 102220718 B CN102220718 B CN 102220718B CN 201110151350 CN201110151350 CN 201110151350 CN 201110151350 A CN201110151350 A CN 201110151350A CN 102220718 B CN102220718 B CN 102220718B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- cellulose
- pressure
- high pressure
- cooled
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明涉及的是一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法。它涉及纳米纤维素的制备方法,步骤为将纤维原料分散在质量分数为10~20%的硫酸水溶液中,在20~60℃温度范围下保持2~6h,经稀释、离心分离、循环透析后加入分散剂,利用高压均质仪进行高压破碎,压力为1000~1200bar,循环次数为4~16次,高压破碎过程中同时进行低温冷却得到纳米纤维素胶体,经离心分离、冷冻干燥得到纳米纤维素。得到的纳米纤维素直径约10~30nm,长度约300nm。本发明解决了现有的利用均质仪制备纳米纤维素的直径分布广、不均匀,纤维间交织成微米级以及高压均质过程中伴随压力上升温度增加的问题。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维素的制备方法。
背景技术
纳米纤维素,又称纤维素纳米晶体,是一类刚性棒状单晶纤维素(晶须),直径为1~100nm,长度为几十到几百纳米。在一些文献报道中,纳米纤维素也叫做纤维素纳米晶须、纳米晶体、微纳纤丝等等。纳米纤维素具有可再生性、高结晶度、高纵横比、高比表面积和高透明性等,在食品、医药、造纸、纺织等方面具有很好的应用前景。
制备纳米纤维素的方法有水解法、机械法、生物法、溶剂法、静电纺丝法、离子液体溶解法等。其中,采用高压均质法是制备纳米纤维素的一种常用机械制备方法。在高压均质过程中,压力能的释放和高速运动使物料粉碎,从而减小物料的尺寸。目前,制备纳米纤维素通常采用统传的高压均质机,所用的均质压力为300~500bar,这种方法易造成制备的纳米纤维素直径分布广、不均匀,纤维间交织成微米级的问题。此外,均质压力每升高100bar,物料温度上升3℃。物料进样时温度10℃,均质后温度可达到70℃。由于没有有效的控温方式,造成均质后物料温度过高,影响稳定性,也易造成物料团聚。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的利用均质设备制备纳米纤维素存在的粒径分布广,以微米级为主的不足,提供一种超高压制备窄尺寸分布的纳米纤维素的方法,并有效克服超高压处理过程中由于压力上升而导致的升温现象,均质过程中产生的热量可被及时吸收,保证了纳米纤维素的出料温度在30℃以下,大大提高纳米纤维素的尺寸稳定性。
本发明的技术解决方案:将纤维原料分散在较低浓度的硫酸水溶液中,在一定温度范围内保持一段时间,有利于纤维素分子链中无定形区的去除和结晶区中链段的打开;然后将上述的共混物经过稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入一定量的分散剂,克服纤维原料在纳米化过程中由于羟基与羟基之间产生氢键连接而导致纳米纤维素发生絮聚的现象,然后采用均质仪进行超高压破碎,在破碎过程中进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,对纳米纤维素胶体进行离心分离,去除大量的水分散相,最后进行冷冻干燥处理,得到纳米纤维素。
一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的具体制造方法:将纤维原料分散在质量分数为10~20%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶25~1∶50,在20~60℃温度范围下保持2~6h,得到分散有纤维原料的硫酸水溶液;在上述的水溶液中加入蒸馏水进行稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入一定量的分散剂,采用均质仪进行高压破碎4~16次,破碎压力为1000~1200bar,在破碎过程中同时进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,然后进行离心分离、冷冻干燥处理,得到纳米纤维素。
本发明的优点:采用浓度较低的硫酸预处理纤维原料,有利于纤维素分子链中无定形区的去除和结晶区中链段的打开,然后采用超高压对物料进行高压机械剪切,制备的纳米纤维素尺寸在10~30nm且分布均匀纤维素。对高压破碎过程进行低温冷却,可以有效控制压力上升过程中温度的上升,保证了纳米纤维素的出料温度在30℃以下,大大提高了纳米纤维素的尺寸稳定性。此外,在高压破碎前加入分散剂,可以克服纤维原料在纳米化过程中由于羟基与羟基之间产生氢键连接而导致纳米纤维素发生絮聚的现象。
性能测试表明:以高压破碎低温冷却制备的纳米纤维素的直径约10~30nm,长度约300nm。
附图说明
附图1是实施例1中未经处理的纤维原料的场发射电镜图。
附图2是实施例1中纳米纤维素的场发射电镜图。
具体实施方式
实施例1,将2g纤维原料分散在质量分数为10~15%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶25~1∶50,在20~60℃温度范围下保持2h,得到分散有纤维原料的硫酸水溶液;在上述的水溶液中加入蒸馏水进行稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入1%的马来酸酐,用均质仪进行高压破碎4次,破碎压力为1000~1200bar,在破碎过程中进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,然后进行离心分离、冷冻干燥,得到产物。
实施例2,将2g纤维原料分散在质量分数为10~15%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶25~1∶50,在20~60℃温度范围下保持4h,得到分散有纤维原料的硫酸水溶液;在上述的水溶液中加入蒸馏水进行稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入2%的马来酸酐,用均质仪进行高压破碎8次,破碎压力为1000~1200bar,在破碎过程中进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,然后进行离心分离、冷冻干燥,得到产物。
实施例3,将2g纤维原料分散在质量分数为15~20%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶25~1∶50,在20~60℃温度范围下保持6h,得到分散有纤维原料的硫酸水溶液;在上述的水溶液中加入蒸馏水进行稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入1%的乙酸酐,用均质仪进行高压破碎16次,破碎压力为1000~1200bar,在破碎过程中进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,然后进行离心分离、冷冻干燥,得到产物。
实施例4,将2g纤维原料分散在质量分数为15~20%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶50,在20~60℃温度范围下保持2~6h,得到分散有纤维原料的硫酸水溶液;在上述的水溶液中加入蒸馏水进行稀释、离心分离、循环透析过滤,得到的沉淀物中加入3%的乙酸酐,用均质仪进行高压破碎8次,破碎压力为1100~1200bar,在破碎过程中进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,然后进行离心分离、冷冻干燥,得到产物。
Claims (4)
1.一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法,其特征是将纤维原料分散在质量分数为10~20%的硫酸水溶液中,所述纤维原料与硫酸水溶液的质量比为1∶25~1∶50,在20~60℃温度范围下保持2~6h,得到纤维和硫酸水溶液的共混物;将上述的共混物经过稀释、离心分离、循环透析过滤,在得到的沉淀物中加入分散剂,然后利用均质仪进行高压破碎,在破碎过程中同时进行低温冷却,得到纳米纤维素胶体,最后进行离心分离、冷冻干燥处理,得到纳米纤维素。
2.根据权利要求1所述的高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法,其特征在于所述的分散剂包括马来酸酐或乙酸酐,分散剂的质量为纤维原料的1~5%。
3.根据权利要求1所述的高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法,其特征在于高压破碎过程中所用的压力为1000~1200bar,循环次数为4~16次。
4.根据权利要求1所述的高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法,其特征在于所述的冷冻干燥前采用离心分离,去除大量的水分散相。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110151350 CN102220718B (zh) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110151350 CN102220718B (zh) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102220718A CN102220718A (zh) | 2011-10-19 |
CN102220718B true CN102220718B (zh) | 2013-05-15 |
Family
ID=44777410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201110151350 Expired - Fee Related CN102220718B (zh) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102220718B (zh) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103132169B (zh) * | 2011-11-30 | 2015-09-16 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种能稳定分散的纤维素纳米纤维的制备方法 |
CN102731990B (zh) * | 2012-06-07 | 2014-06-11 | 广东省宜华木业股份有限公司 | 一种增强型聚氨酯仿木材料的制造方法 |
PT2712364E (pt) * | 2012-07-13 | 2016-06-09 | Sappi Netherlands Services Bv | Método de baixa energia para a preparação de nanocelulose não derivatizada |
CN103112072B (zh) * | 2013-03-20 | 2014-08-13 | 南京林业大学 | 用狼尾草人造板加工剩余物改善其产品表面性能的方法 |
CN103285427B (zh) * | 2013-04-26 | 2014-11-05 | 中国国旅贸易有限责任公司 | 一种人工骨材料及其制备方法 |
CN103422379B (zh) * | 2013-08-19 | 2016-03-30 | 南京林业大学 | 一种甘蔗渣纤维素纳米纤维膜的制备方法 |
CN103757976B (zh) * | 2014-01-13 | 2016-02-10 | 天津科技大学 | 一种改性微纤化纤维素产品的生产工艺 |
CN105034108B (zh) * | 2015-06-19 | 2016-08-10 | 南京林业大学 | 一种纳米微晶纤维素模板制备高分散性聚磷酸铵胶体的方法 |
CN105200667A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-12-30 | 佛山蓝途科技有限公司 | 一种盖车用丝瓜络抗压轻质耐候材料以及制备方法 |
ES2928853T3 (es) * | 2015-11-26 | 2022-11-23 | Organofuel Sweden Ab | Proceso respetuoso con el medio ambiente para la preparación de nanocelulosa y derivados de la misma |
CN106084070B (zh) * | 2016-06-03 | 2019-05-14 | 华南理工大学 | 一种高性能纳米纤维素及其绿色制备方法与应用 |
CN106223089B (zh) * | 2016-07-22 | 2017-09-01 | 扬州大学 | 一种从葎草茎中提取纤维素纳米纤维的方法 |
CN106223095B (zh) * | 2016-07-22 | 2018-07-20 | 扬州大学 | 一种高速搅拌结合超声制备纤维素纳米纤维的方法 |
CN106192513B (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-16 | 厦门大学 | 一种从纤维植物制备高纯度纳米纤维素的方法 |
CN106436419B (zh) * | 2016-08-29 | 2019-05-14 | 华南理工大学 | 一种二级高压均质制备微纳米纤维素的方法 |
CN106351050B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-08-24 | 扬州大学 | 一种碱法结合超声从草纤维中提取纤维素纳米晶体的方法 |
CN107447565A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-12-08 | 华南理工大学 | 一种植物纤维制备纳米纤维素的方法 |
CN107460553A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-12 | 苏州纳昇源新材料科技有限公司 | 一种纳米纤维连续破碎系统 |
CN112300846A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-02-02 | 英鸿纳米科技股份有限公司 | 一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统 |
CN112725917B (zh) * | 2020-12-28 | 2023-07-04 | 海南华创槟榔研究院 | 一种槟榔籽纤维素纳米纤丝的制备方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4998981B2 (ja) * | 2006-06-20 | 2012-08-15 | 国立大学法人 東京大学 | 微細セルロース繊維 |
CN101509209B (zh) * | 2009-03-10 | 2011-02-09 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种棒状纳米纤维素的制备方法 |
CN101864606B (zh) * | 2010-06-30 | 2011-09-07 | 东北林业大学 | 高长径比生物质纤维素纳米纤维的制备方法 |
CN101851295B (zh) * | 2010-06-30 | 2011-08-17 | 东北林业大学 | 均匀化精细纳米纤维素纤维的制备方法 |
CN101949103B (zh) * | 2010-10-08 | 2012-07-04 | 东北林业大学 | 一种秸秆微纳米纤维素的制备方法 |
-
2011
- 2011-06-08 CN CN 201110151350 patent/CN102220718B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102220718A (zh) | 2011-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102220718B (zh) | 一种高压破碎低温冷却制备纳米纤维素的方法 | |
Wang et al. | Isolation and characterization of cellulose nanocrystals from pueraria root residue | |
CN103061174B (zh) | 一种强酸预处理辅助制备纤维素纳米纤丝的方法 | |
KR101849790B1 (ko) | 셀룰로스계 섬유의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 섬유 | |
CN108659135B (zh) | 一种纤维素纳米纤维或几丁质纳米纤维分散液的制备方法 | |
CN108316039B (zh) | 一种机械耦合化学碱溶法制备芳纶纳米纤维的方法 | |
Hao et al. | Self-assembled nanostructured cellulose prepared by a dissolution and regeneration process using phosphoric acid as a solvent | |
US10676576B2 (en) | Process for preparing cellulose solution and equipment therefor | |
CN103726378B (zh) | 低温下制备微晶纤维素的方法 | |
CN103403235A (zh) | 用于加工纳米纤维状纤维素的方法 | |
CN107602711A (zh) | 一种改性纤维素纳米晶须、纤维及其制备方法 | |
CN109652866B (zh) | 一种天然蚕丝微纳米纤维的制备方法 | |
CN103382225B (zh) | 一种纤维素纳米晶表面酯化的改性方法 | |
CN102277642B (zh) | 一种热塑性羧甲基纤维素衍生物静电纺丝制备纤维的方法 | |
CN102093484A (zh) | 一种ZnCl2解离制备纳米晶体纤维素的方法 | |
US20210238800A1 (en) | Method for preparing chitosan and derivative nanofiber thereof by mechanical means | |
CN104004101A (zh) | 一种乙酰化纳米纤维素晶体的制备方法 | |
CN103572394A (zh) | 一种简便快速的纤维素纳米纤维的制备方法 | |
Lu et al. | High-yield preparation of cellulose nanofiber by small quantity acid assisted milling in glycerol | |
CN102926016A (zh) | 一种静电纺丝制备改性魔芋葡甘露聚糖纤维的方法 | |
CN106192040B (zh) | 一种高长径比纤维素纳米纤维的制备方法 | |
CN106149433A (zh) | 纳米纤维素及其制备方法 | |
CN103271835B (zh) | 一种丝素蛋白纳米晶及其制备方法 | |
CN102383213B (zh) | 超高分子量聚乙烯/生物质纳米晶复合纤维的制备方法 | |
CN103074794A (zh) | 一种利用废棉绒制备纤维素纳米粒子的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130515 |