CN107130458B - 一种胶态微晶纤维素的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶态微晶纤维素的制备方法。方法分别以漂白化学木浆、漂白蔗渣浆、漂白竹浆等已分离成单根纤维的浆料为原料，通过实施草酸预处理、抽滤洗涤、研磨、高压均质、浓缩、干燥等工序的操作即可制备出粒径1.73～1.96微米的胶态微晶纤维素。草酸预处理的滤液经冷却后可重结晶回收95％的草酸。本发明的有益效果是：与现有的盐酸水解法相比，草酸预处理的滤液经冷却后可重结晶回收95％的草酸，极大的降低了废水污染负荷；草酸预处理液固比小，用水量少；通过草酸预处理、研磨、高压均质三个关键工序的有机组合及相关工艺的调整，可分别制备出形态及特性不同的微晶纤维素，现实柔性生产,满足不同用户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及植物纤维化学领域，具体涉及一种胶态微晶纤维素的制备方法。
背景技术
微晶纤维素(Microcrystalline cellulose,MCC)是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度(LODP)的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,白色,无臭、无味,颗粒大小一般在20～80微米,极限聚合度(LODP)在15～375；具有极强的吸水性,并且在水介质中经强剪切作用后具有生成凝胶体的能力；具有纤维素I的晶格特征,结晶度高于原纤维素；不具纤维性而流动性极强；不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂,在稀碱溶液中部分溶解、润涨,在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。基于上述特殊性质,微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业，具有广阔的市场前景。
目前微晶纤维素的制备通常采用盐酸水解法，盐酸水解法用水量大、污染负荷高，而且盐酸水解法制备的微晶纤维素通常颗粒较大，一般在20～80微米。为了改善微晶纤维素的性能,满足不同用户的需求，节约水资源,最大限度的降低污染负荷，需要不断探索更加环保且产品性能更加符合用户需求的方法来制备微晶纤维素。
发明内容
本发明的目的是为了降低污染负荷、改善微晶纤维素的性能，提供一种胶态微晶纤维素的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
1.草酸预处理：
称取质量为10g绝干的漂白植物纤维浆料，加入到质量浓度为40～70％、容量为80～90ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应45～120min，加入160～200ml温度为80℃的去离子水终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。所述漂白植物纤维浆料包括：漂白针叶木浆、漂白阔叶木浆、漂白蔗渣浆等植物纤维浆料。
2.抽滤洗涤：
将步骤1的纤维素分散液用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，收集草酸回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为3～5％的纤维素分散液，经棒式沙磨机研磨2～3min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在50～80MPa压力下，均质3～5次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用板框式压滤机或真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。
上述所制备得到的胶态微晶纤维素的平均粒径1.73～1.96微米，Zeta电位-45.21～-33.68mV，极限聚合度(LODP)157～217，结晶度70.2～81.5％，粘度48～56cP。
本发明的有益效果是：
本发明与现有的盐酸水解法相比，草酸预处理的滤液经冷却后可重结晶回收95％的草酸，极大的降低了废水污染负荷；草酸预处理液固比小，用水量少；通过草酸预处理、研磨、高压均质三个关键工序的有机组合及相关工艺的调整，可分别制备出形态及特性不同的微晶纤维素，现实柔性生产,满足不同用户的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
检测仪器或方法：
平均粒度及Zeta电位：激光纳米粒度分析仪，Zetasizer Nano S型。
聚合度：根据国家标准GB/T 1548-2004和实验作图外推法计算出特性黏度[η]，再按公式DP0.905＝0.75[η]计算出平均聚合度。
结晶度：X射线衍射仪(XRD),D8ADVANCE型。由Segal经验公式计算结晶度。
粘度(CP)：Brookfield旋转粘度计，DV-Ⅱ型。
实施例1
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
1.草酸预处理：
称取10g绝干重的漂白桉木浆(湿浆)，加入到质量浓度为40％、容量为90ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应120min，加入温度为80℃的去离子水200ml终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。
2.抽滤洗涤，：
将步骤1的纤维素分散液采用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，结晶析出的草酸经过滤收集后再次回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为3％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨3min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在80MPa压力下，均质5次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。其相关性能指标如附表所示。
实施例2
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
1.草酸预处理：
称取10g绝干重的漂白桉木浆(湿浆)，加入到质量浓度为50％、容量为80ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应75min，加入温度为80℃的去离子水160ml终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。
2.抽滤洗涤，：
将步骤1的纤维素分散液采用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，结晶析出的草酸经过滤收集后再次回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成浓度为4wt％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨2min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在60MPa压力下，均质3次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。其相关性能指标如附表所示。
实施例3
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
1.草酸预处理：
称取10g绝干重的漂白桉木浆(湿浆)，加入到质量浓度为60％、容量为80ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应60min，加入温度为80℃的去离子水160ml终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。
2.抽滤洗涤，：
将步骤1的纤维素分散液采用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，结晶析出的草酸经过滤收集后再次回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为5％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨2min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在60MPa压力下，均质3次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。其相关性能指标如附表所示。
实施例4
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
⑴草酸预处理：
称取10g绝干重的漂白桉木浆(湿浆)，加入到质量浓度为70％、容量为80ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应45min，加入温度为80℃的去离子水200ml终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。
2.抽滤洗涤，：
将步骤1的纤维素分散液采用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，结晶析出的草酸经过滤收集后再次回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为5％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨1min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在50MPa压力下，均质3次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。其相关性能指标如附表所示。
实施例5
一种胶态微晶纤维素的制备方法，按照以下步骤操作：
1.草酸预处理：
称取10g绝干重的漂白蔗渣浆(湿浆)，加入到质量浓度为60％、容量为80ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应45min，加入温度为80℃的去离子水180ml终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液。
2.抽滤洗涤，：
将步骤1的纤维素分散液采用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼。第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，结晶析出的草酸经过滤收集后再次回用。
3.研磨：
将步骤2所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为4％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨2min,得到研磨处理纤维素分散液。
4.高压均质：
将步骤3所得纤维素分散液用高压均质机，在60MPa压力下，均质3次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液。
5.浓缩：
将步骤4所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶。
6.喷雾干燥:
将步骤5所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。其相关性能指标如附表所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
附表：
| 理化参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 聚合度 | 217 | 198 | 179 | 173 | 157 |
| 结晶度(％) | 78.6 | 80.3 | 81.5 | 80.1 | 70.2 |
| 粘度(cP) | 48 | 53 | 52 | 56 | 51 |
| 平均粒径(微米) | 1.96 | 1.87 | 1.77 | 1.73 | 1,83 |
| Zeta电位(mV) | -33.68 | ﹣38.13 | -43.27 | -45.21 | -35.16 |
Claims (2)
1.一种胶态微晶纤维素的制备方法，其特征在于,方法按以下步骤进行：
⑴草酸预处理：
称取质量为10g绝干的漂白植物纤维浆料，加入到质量浓度为40～70％、容量为80～90ml的草酸溶液中，在温度95℃条件下搅拌反应45～120min，加入160～200ml温度为80℃的去离子水终止反应，得到草酸处理后的纤维素分散液；所述漂白植物纤维浆料包括：漂白桉木浆或漂白蔗渣浆植物纤维浆料；
⑵抽滤洗涤：
将步骤⑴的纤维素分散液用真空抽滤装置，用80℃的去离子水，经过5段逆流洗涤，得到洁净的草酸处理纤维素滤饼；第一段洗涤的滤液收集起来，冷却至20℃以下，草酸从滤液中结晶析出，收集草酸回用；
⑶研磨：
将步骤(2)所得纤维素滤饼加入去离子水配制成质量浓度为3～5％的纤维素分散液，经棒式砂磨机研磨2～3min,得到研磨处理纤维素分散液；
⑷高压均质：
将步骤(3)所得纤维素分散液用高压均质机，在50～80MPa压力下，均质3～5次，得到凝胶状胶态微晶纤维素分散液；
⑸浓缩：
将步骤(4)所得凝胶状微晶纤维素分散液采用真空蒸发浓缩，得到质量浓度为10％的胶态微晶纤维素凝胶；
⑹喷雾干燥:
将步骤(5)所得胶态微晶纤维素凝胶经过喷雾干燥装置的干燥，得到胶态微晶纤维素粉末。
2.根据权利要求1所述一种胶态微晶纤维素的制备方法，其特征在于，所制备得到的胶态微晶纤维素的平均粒径1.73～1.96微米，Zeta电位-45.21～-33.68mV，极限聚合度(LODP)157～217，结晶度70.2～81.5％，粘度48～56cP。
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