CN104294693B - 一种微纳米纤维素的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微纳米纤维素的制备方法，特别涉及用纯物理方法制备微纳米纤维素的方法。本发明所采用的制备方法是把天然纤维素先经高能电子束辐照，破坏其内在结构，再用机械干法粗粉碎这些经辐照处理的纤维素材料，然后用水磨法对其进行精细化粉碎，最终可得到微纳米纤维素，其水分散液浓度为0.1‰‑10％(重量％)。水磨精细粉碎所用的设备为胶体磨，或改装有功率超声预处理进料腔的胶体磨，可使最终微纳米纤维素的细度达5～600nm之间，制备过程十分环保，无任何化学废水产生，且工艺简单，重复性好。

Description

一种微纳米纤维素的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微纳米纤维素的制备方法，特别涉及用纯物理方法制备微纳米纤维素的方法。
背景技术
纤维素在自然界中广泛存在，是一种取之不尽、用之不竭的、世界上最大的可再生性资源。在世界上石油、煤炭以及天然气资源日益枯竭的今天，使用绿色环保、来源广泛的纤维素作为化工原料和中间体成为全球研究的热点。
天然纤维素的分子量分布范围宽，从几十万到几百万不等，结晶度高。纳米微晶纤维素是人工制造的微细纤维素存在形式，其制造方法在中国发明专利公开文本中(公开号：1334272，公开号：1369508)有详细披露，但其所用非纯物理方法。
微纳米纤维素的表面存在更多大量的活泼羟基，易于改性，在许多领域具有广泛的应用前景，可用作食品、医药、化工等领域的功能性添加剂。
由于微纳米纤维素的广泛应用前景，引来许多人的研究兴趣，也有不少涉及纳米纤维素的专利，但所有的这些制备纳米纤维素的制法方法都不可避免地或多或少使用了化学药剂，这不仅提高了产物分离的难度，难以确保最终的纳米纤维素产物完全不含这些药剂的残留物，极大地限制了微纳米纤维素的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中所存在的上述问题，以天然纤维素为原料，利用纯物理的方法，制备微纳米纤维素，不使用任何有毒、有害的有机溶剂和硫酸、盐酸等无机酸，属于一种真正意义的绿色环保制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该微纳米纤维素的制备方法，把天然纤维素材料用纯物理方法制成微纳米纤维素，其特征是，包括如下步骤：
(1)取天然纤维素材料，先经高能电子束辐照，辐照剂量为50-350kGy；
(2)经上述步骤后，再用粉碎机对这些经辐照处理后得到的精制纤维素进行干法粗粉碎，得到平均细度在20-400目的微晶纤维素；
(3)经上述步骤后，再把这些纤维素粗粉加入水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化；
(4)经上述步骤后，再进入水磨精细粉碎设备进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，该微纳米纤维素的粒径在5-600nm之间，能均匀分散在水中，其水分散液浓度为0.1‰-10％(重量％)。
作为优选，步骤(1)中高能电子束辐照的最佳剂量为150-250kGy。
作为优选，步骤(2)中采用的粉碎机为冲击式粉碎机。
作为优选，步骤(2)中纤维素的粗粉的细度在100-300目。
作为优选，步骤(3)中纤维素粗粉加入99倍的水中。
作为优选，步骤(4)中水磨精细粉碎设备为胶体磨，或改装有功率超声预处理进料腔的胶体磨。
作为优选，步骤(1)中天然纤维素材料为精制棉或木浆粕或其它植物如麻、秸杆中精制的纤维素。
本发明用绿色的纯物理的方法将天然纤维素降解为微纳米纤维素，其粒子尺寸在5-600nm之间可控，纤维素既可以是纤维素I晶形的，也可以是纤维素III晶形的，或具有纤维素I和纤维素II混合晶形。该新材料可用于接枝、共聚改性，也可直接应用于不同领域，在制备新材料等方面极具应用前景。
附图说明
图1是本发明实例5制备的微纳米纤维素的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
把天然纤维素材料用纯物理方法制成微纳米纤维素，包括如下步骤：
(1)取天然纤维素材料，如精制棉或木浆粕100克，先经高能电子束辐照，辐照剂量为50-350kGy，最佳高能电子束辐照的剂量为150-250kGy；
(2)经上述步骤后，再用冲击式粉碎机对这些经辐照处理后得到的精制纤维素进行干法粗粉碎，得到平均细度在20-400目的微晶纤维素，考虑综合成本和综合粉碎效率，纤维素的最佳细度在100～300目；
(3)经上述步骤后，再把这些纤维素粗粉加入99倍的水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化；
(4)经上述步骤后，再进入水磨精细粉碎设备进行精细化粉碎，本实施例中的水磨精细粉碎设备为胶体磨，或改装有功率超声预处理进料腔的胶体磨，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，该微纳米纤维素的粒径在5-600nm之间，能均匀分散在水中，其水分散液浓度为0.1‰-10％(重量％)。
实施例2
用精制棉100克，先经高能电子束辐照，辐照剂量为150kGy。再用冲击式粉碎机对这些经辐照处理的精制棉进行粗粉碎，得到平均细度在200目的微晶纤维素。然后再把这些纤维素粗粉加入99倍的水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化，再进入胶体磨中进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，其水分散液浓度为1％(重量％)，呈白色糊状物。
最终微纳米纤维素的细度达100～600nm之间。
实施例3
用纸浆粕100克，先经高能电子束辐照，辐照剂量为250kGy。再用冲击式粉碎机对这些经辐照处理的精制棉进行粗粉碎，得到平均细度在240目的微晶纤维素。然后再把这些纤维素粗粉加入99倍的水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化，再进入胶体磨中进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，其水分散液浓度为1％(重量％)，呈白色糊状物。
最终微纳米纤维素的细度达80～500nm之间。
实施例4
用纸浆粕100克，先经高能电子束辐照，辐照剂量为300kGy。再用冲击式粉碎机对这些经辐照处理的精制棉进行粗粉碎，得到平均细度在240目的微晶纤维素。然后再把这些纤维素粗粉加入99倍的水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化，再进入胶体磨中进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，其水分散液浓度为1％(重量％)，呈白色带微黄色的糊状物。
最终微纳米纤维素的细度达60～450nm之间。
实施例5
用精制棉100克，先经高能电子束辐照，辐照剂量为250kGy。再用冲击式粉碎机对这些经辐照处理的精制棉进行粗粉碎，得到平均细度在240目的微晶纤维素，再用冲击式球磨机处理半小时。然后再把这些纤维素粗粉加入99倍的水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化，再进入胶体磨中进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，其水分散液浓度为1％(重量％)，呈白色的糊状物。
最终微纳米纤维素的细度达30～450nm之间。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明技术方案所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微纳米纤维素的制备方法，把天然纤维素材料用纯物理方法制成微纳米纤维素，其特征是，包括以下步骤：
(1)取天然纤维素材料，先经高能电子束辐照，辐照剂量为50-350kGy；
(2)经上述步骤后，再用粉碎机对这些经辐照处理后得到的精制纤维素进行干法粗粉碎，得到平均细度在20-400目的微晶纤维素；
(3)经上述步骤后，再把这些纤维素粗粉加入水中，待混合均匀后，加入有功率超声预处理的进料腔中进行超声分散和预活化；
(4)经上述步骤后，再进入水磨精细粉碎设备进行精细化粉碎，多次循环粉碎，最终可得到微纳米纤维素产品，该微纳米纤维素的粒径在5-600nm之间，能均匀分散在水中，其水分散液浓度为0.1‰-10％(重量％)。
2.根据权利要求1所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(1)中高能电子束辐照的剂量为150-250kGy。
3.根据权利要求1所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(2)中采用的粉碎机为冲击式粉碎机。
4.根据权利要求1或3所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(2)中纤维素的粗粉的细度在100-300目。
5.根据权利要求1所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(3)中纤维素粗粉加入99倍的水中。
6.根据权利要求1所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(4)中水磨精细粉碎设备为胶体磨，或改装有功率超声预处理进料腔的胶体磨。
7.根据权利要求1所述的微纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(1)中天然纤维素材料为精制棉或木浆粕或麻、秸杆中精制的纤维素。
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