CN107460758A - 一种纳米纤维素分级制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米纤维素分级制备系统包括直径不同、槽口向心的环形槽，所述环形槽按直径由短至长排列，所述环形槽的槽口边沿设置有流向下一级直径环形槽的通道，所述环形槽内设置有研磨构件和驱动内部离心运动的搅拌构件，最短直径的所述环形槽槽口设置有喂料装置，本发明所述加工溶液在所述环形槽内剪切研磨和离心，由于加工溶液在环形槽内做离心运动，加工溶液中细颗粒的部分集中于槽口并溢出进入直径更大的下一级环形槽内重复做离心运动和剪切研磨，由于下一级环形槽内的圆形剪切片直径更大，因此剪切研磨加工溶液的角速度更快，离心力更大，达到细分加工加工溶液溶质粗细度的目的，节省大量加工能耗。

Description

一种纳米纤维素分级制备系统

技术领域

本发明涉及纤维素纳米纤维制造领域，特别地，是一种纳米纤维素分级制备系统。

背景技术

纳米纤维素是以纤维材料作为原料，通过化学、物理或生物处理的途径制备的具有一维纳米尺寸的纤维素材料，纳米纤维素可采用机械分离法制得，机械分离法主要包括高压匀质处理、高速研磨处理、高速搅拌处理等。

高压匀质处理主要是通过均质机内的匀质阀突然失压形成空穴效应和高速冲击,产生强烈的剪切作用,将生物质纤维素机械制得纳米纤维素。这一方法可以批量化生产纳米纤维素,存在的主要问题在于所得纳米纤维素的尺度并不均匀。此外,在纳米纤维素制备过程中,匀质机容易堵塞,为此对通入均质机中的纤维素样品的尺寸要求较高,不宜过大。高速研磨处理是将纤维素注入到静态磨石与动态磨石之间,在研磨机工作后,动态磨石高速旋转,与静态磨石间产生强烈的剪切作用力,将磨石中间的纤维素“剪开”,制得纳米纤维素。但是在高速研磨的过程中,磨石间的剪切力对纳米纤维素的结晶区也会产生影响,一定程度上降低了所得纳米纤维素的结晶度。

高速搜拌处理是通过高速旋转的马达带动转子转动,进而带动液体高速转动。在高速旋转的过程中,纳米纤维素间相互碰撞,高速运动的水流也会对纳米纤维素产生较强的冲击作用,进而将纳米纤维素分离出来。这一方法的不足在于产量较低,很难实现连续化、批量化生产。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米纤维素分级制备系统，该系统能够节能高效连续的制造纤维素纳米纤维。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该纳米纤维素分级制备系统包括直径不同、槽口向心的环形槽，所述环形槽按直径由短至长排列，所述环形槽的槽口边沿设置有流向下一级直径环形槽的通道，所述环形槽内设置有研磨构件和驱动内部离心运动的搅拌构件，最短直径的所述环形槽槽口设置有喂料装置，最长直径的所述环形槽槽口的通道连通出料收集装置。

作为优选，所述环形槽按直径由短至长的顺序由下至上堆叠而成。

作为优选，所述环形槽的上槽沿低于下槽沿，相邻的两个环形槽、相接触的低槽沿和高槽沿彼此气密配合。

作为优选，相邻的两个环形槽的槽沿之间设置有密封圈，所述密封圈的内径周向布置有环形气带，所述环形气带连接一调节其粗细的充气装置。

作为优选，所述研磨构件和搅拌构件由均布在所述环形槽底部的固定片和同轴设置在所述环形槽轴心的圆形剪切片构成，所述圆形剪切片与所述固定片气密配合。

作为优选，所述圆形剪切片固定在同一根驱动轴上，所述驱动轴设置在所述环形槽的轴心并由驱动器驱动旋转。

作为优选，所述出料收集装置为包裹最长直径环形槽的环形异形槽，所述环形异形槽内设置有出料口。

本发明的优点在于：

所述加工溶液在所述环形槽内剪切研磨和离心，由于加工溶液在环形槽内做离心运动，因此加工溶液中细颗粒的部分集中于槽口，随着加工溶液的增加，加工溶液中细颗粒的部分进入直径更大的下一级环形槽内重复做离心运动和剪切研磨，由于下一级环形槽内的圆形剪切片直径更大，因此剪切研磨加工溶液的角速度更快，离心力更大，达到细分加工加工溶液溶质粗细度的目的，纺织单个剪切研磨工具对研磨达到精度的溶质重复加工的目的，节省大量加工能耗。

附图说明

图1是本纳米纤维素分级制备系统的结构示意图。

图2是本纳米纤维素分级制备系统图1实施例的A-A截面示意图。

图3是本纳米纤维素分级制备系统剪切片的示意图。

图4是本纳米纤维素分级制备系统运行示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

在本实施例中，参阅图1、图2和图3，该纳米纤维素分级制备系统包括直径不同、槽口向心的环形槽100，所述环形槽100按直径由短至长排列，所述环形槽100的槽口边沿设置有流向下一级直径环形槽100的通道，所述环形槽100内设置有研磨构件和驱动内部离心运动的搅拌构件，最短直径的所述环形槽100槽口设置有喂料装置，最长直径的所述环形槽100槽口的通道连通出料收集装置。

上述的纳米纤维素分级制备系统，所述环形槽100按直径由短至长的顺序由下至上堆叠而成。

上述的纳米纤维素分级制备系统，所述环形槽100的上槽沿低于下槽沿，相邻的两个环形槽100、相接触的低槽沿和高槽沿彼此气密配合，由于上槽沿低于下槽沿，因此，环形槽100内的溶液在离心研磨时如果溶液量多余环形槽100的储液量，溶液会在低槽沿的一侧溢出，两个相邻的环形槽100上气密配合的低槽沿和高槽沿构成了所述通道。

上述的纳米纤维素分级制备系统，相邻的两个环形槽100的槽沿之间设置有密封圈200，所述密封圈200的内径周向布置有环形气带，所述环形气带连接一调节其粗细的充气装置，所述环形气带的粗细调节可以调整所述环形槽100的储液量。

上述的纳米纤维素分级制备系统，所述研磨构件和搅拌构件由均布在所述环形槽100底部的固定片110和同轴设置在所述环形槽100轴心的圆形剪切片构成，所述圆形剪切片400与所述固定片110气密配合，所述固定片110与所述圆形剪切片400配合能够同时完成剪切研磨和离心。

上述的纳米纤维素分级制备系统，所述圆形剪切片400固定在同一根驱动轴410上，所述驱动轴410设置在所述环形槽100的轴心并由驱动器420驱动旋转。

上述的纳米纤维素分级制备系统，所述出料收集装置为包裹最长直径环形槽的环形异形槽300，所述环形异形槽300内设置有出料口310。

上述实施例中的纳米纤维素分级制备系统的运行原理：

参阅图4，所述喂料装置喂入加工溶液，驱动器420驱动圆形剪切片400旋转，所述加工溶液在所述环形槽100内剪切研磨和离心，由于加工溶液在环形槽100内做离心运动，因此加工溶液中细颗粒的部分集中于槽口，随着加工溶液的增加，加工溶液中细颗粒的部分进入直径更大的下一级环形槽100内重复做离心运动和剪切研磨，由于下一级环形槽100内的圆形剪切片400直径更大，因此剪切研磨加工溶液的角速度更快，离心力更大，达到细分加工加工溶液溶质粗细度的目的，纺织单个剪切研磨工具对研磨达到精度的溶质重复加工的目的，节省大量加工能耗。

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。

Claims (7)

1.一种纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：包括直径不同、槽口向心的环形槽（100），所述环形槽（100）按直径由短至长排列，所述环形槽（100）的槽口边沿设置有流向下一级直径环形槽（100）的通道，所述环形槽（100）内设置有研磨构件和驱动内部离心运动的搅拌构件，最短直径的所述环形槽（100）槽口设置有喂料装置，最长直径的所述环形槽（100）槽口的通道连通出料收集装置。

2.根据权利要求1所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：所述环形槽（100）按直径由短至长的顺序由下至上堆叠而成。

3.根据权利要求2所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：所述环形槽（100）的上槽沿低于下槽沿，相邻的两个环形槽（100）、相接触的低槽沿和高槽沿彼此气密配合。

4.根据权利要求3所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：相邻的两个环形槽（100）的槽沿之间设置有密封圈（200），所述密封圈（200）的内径周向布置有环形气带，所述环形气带连接一调节其粗细的充气装置。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：所述研磨构件和搅拌构件由均布在所述环形槽（100）底部的固定片（110）和同轴设置在所述环形槽（100）轴心的圆形剪切片构成，所述圆形剪切片与所述固定片气密配合。

6.根据权利要求5所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：所述圆形剪切片（400）固定在同一根驱动轴（410）上，所述驱动轴（410）设置在所述环形槽（100）的轴心并由驱动器（420）驱动旋转。

7.根据权利要求1所述的纳米纤维素分级制备系统，其特征在于：所述出料收集装置为包裹最长直径环形槽的环形异形槽（300），所述环形异形槽（300）内设置有出料口（310）。