CN108912232B - 一种制备纳米微晶纤维素cnc的方法 - Google Patents

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/08Fractionation of cellulose, e.g. separation of cellulose crystallites

Abstract

本发明采用漂白硫酸盐阔叶木浆作为原料,采用盐酸水热法制备纳米微晶纤维素(CNC),盐酸相对较弱的酸性使其在制备纳米微晶纤维素过程中,能够在缓慢的去除无定形区的同时,尽量避免结晶度受到破坏,从而制备出得率较高、尺寸均匀的产品。另外,盐酸制备纳米纤维素含有大量的羟基,羟基属于亲水性基团,而且羟基极性较大,可以通过加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)来改善其表面电荷数量,同时增大空间位阻,达到改善絮聚的目的。本发明操作方法简单、可行,有效的改善了传统盐酸制备纳米纤维素微晶的缺点,对于推进纳米纤维素的工业化制备具有重要意义。

Description

一种制备纳米微晶纤维素CNC的方法
技术领域
本发明属于制浆造纸领域,具体涉及一种制备纳米微晶纤维素CNC的方法。
背景技术
纳米微晶纤维素(CNC)具有高的强度和模量、大的比表面积、低的比热系数、高的长径比、生物可降解性、亲水亲油等特性,这些独特的结构和性能使得纳米纤维素在物理、化学等方面具有特异性,能够明显改变材料的力学、电学、光学,甚至超导性和绝缘等性能。因此,纳米纤维素被广泛应用于建筑、造纸、食品、汽车、电子产品、生物材料、化妆品、医药、超精密仪器、航天、军工等领域。目前大多数制备纳米微晶纤维素的方法是通过硫酸水解制备,但是由于硫酸酸性较强,反应较为剧烈,用硫酸制备纳米微晶纤维素(SCNC)条件较为苛刻且得率较低,且热稳定性差、进而影响后续进一步诸如铸模,双螺旋自组装等的应用。因此,利用其它酸替代硫酸作为制备纳米微晶纤维素具有重大的意义。
本发明采用漂白硫酸盐阔叶木浆作为原料,采用盐酸水热法制备纳米纤维素(HCNC- CTAB),与传统的硫酸法制备纳米纤维素(SCNC)相比,起反应较为温和,容易控制,制备出来的纳米微晶纤维素(HCNC)颗粒均匀,同时有效的改善了盐酸制备得到的纳米微晶纤维素(HCNC)由于表面电荷较低、空间位阻较小造成的容易凝聚的缺点。本发明操作方法简单、可行,有效的改善了传统方法制备纳米纤维素微晶的缺点,对于推进纳米纤维素的工业化制备具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种制备纳米微晶纤维素的方法。
本发明的技术方法概述如下:
1.一种制备纳米微晶纤维素CNC的方法,其特征是包括如下步骤:
步骤1:将漂白硫酸盐阔叶木浆撕碎后用磨粉机处理,获得60目及其以上的纤维原料;
步骤2:称取10g绝干纤维原料,置于三口烧杯中,加入300-600mL的1mol/L-6mol/L盐酸溶液,浸入已经调好温度至90℃-130℃的油浴锅中反应1h-3h,同时调节机械搅拌速度300rpm-600rpm,反应结束后加入大量去离子水终止反应;
步骤3:反应结束后,将步骤2)获得的悬浮液加入1000mL去离子水搅拌均匀后过滤,重复5-10次;
步骤4:将步骤3获得的悬浮液使用高速离心机转速6000rpm-12000rpm离心10min-20 min去除上层清液,重复2-3次,直到离心后上层清液至中性;
步骤5:取出离心管下层的固体,用水稀释至质量浓度为1wt%-5wt%,设定超声波细胞粉碎机作用功率200W-600W作用10min-60min,获得盐酸纳米微晶纤维素(HCNC)样品A;
步骤6:取样品1(20mL-120mL)稀释至浓度1-5mg/mL,调整pH至4-10,逐滴加入到强烈搅拌下的40℃-80℃的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶液中(20mL-120mL浓度为 1-5mg/mL)反应1h-5h,反应时间结束后继续搅拌10h-20h;
步骤7:重复步骤3,4,5,获得在水相中稳定存在的盐酸纳米微晶纤维素(HCNC-CTAB) 样品B。
本发明操作方法简单、可行,有效的改善了传统盐酸制备纳米纤维素微晶的缺点,对于推进纳米纤维素的工业化制备具有重要意义。
具体实施方式
下面的实施案例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明,但并不以任何方式限制本发明。
实施实例:利用盐酸水解漂白硫酸盐阔叶木浆制备纳米纤维素微晶,同时利用CTAB改善其絮聚的特点。
步骤1:将漂白硫酸盐阔叶木浆撕碎后用磨粉机处理,获得60目及其以上的纤维原料;
步骤2:称取10g绝干纤维原料,置于三口烧杯中,加入300mL的3mol/L盐酸溶液,浸入已经调好温度至110℃的油浴锅中反应1.5h,同时调节机械搅拌速度500rpm,反应结束后加入大量去离子水终止反应;
步骤3:反应结束后,将步骤2)获得的悬浮液加入1000mL去离子水搅拌均匀后过滤,重复5次;
步骤4:将步骤3获得的悬浮液使用高速离心机转速8000rpm离心20min去除上层清液,重复3次,直到离心后上层清液至中性;
步骤5:取出离心管下层的固体,用水稀释至质量浓度为5wt%,设定超声波细胞粉碎机作用功率400W作用30min,获得盐酸纳米微晶纤维素(HCNC)样品A;
步骤6:取样品1 120mL稀释至浓度5mg/mL,调整pH至10,逐滴加入到强烈搅拌下的60℃的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶液中(120mL浓度为5mg/mL)反应3h,反应时间结束后继续搅拌10h;
步骤7:重复步骤3,4,5,获得在水相中稳定存在的盐酸纳米微晶纤维素(HCNC-CTAB) 样品B。其粒径长约570nm,宽为20nm,在水相中稳定分布超过72h。
附图说明
图1是静置72h后的样品A和B稳定性的对比图(A:未加入CTAB后的盐酸纳米微 晶纤维素HCNC,B:加入CTAB后的盐酸纳米微晶纤维素HCNC-CTAB)。
制备所得盐酸纳米微晶纤维素(HCNC-CTAB)样品B与不添加CTAB制得样品A在水中稳定性对比如说明书附图图1所示。本发明采用漂白硫酸盐阔叶木浆作为原料,采用盐酸水热法制备纳米纤维素(CNC),盐酸相对较弱的酸性使其在制备纳米微晶纤维素过程中,能够在缓慢的去除无定形区的同时,尽量避免结晶度受到破坏,从而制备出得率较高,尺寸均匀的产品。另外,盐酸制备纳米纤维素含有大量的羟基,羟基属于亲水性基团,而且羟基极性较大,可以通过加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)来改善其表面电荷数量,同时增大空间位阻,达到改善絮聚的目的,如图1所示其在水中能够稳定分散超过72h,有效的实现了盐酸纳米纤维素在水中的稳定均匀分布。

Claims (6)

1.一种制备纳米微晶纤维素CNC的方法,其特征是包括如下步骤:
步骤1:将漂白硫酸盐阔叶木浆撕碎后用磨粉机处理,获得60目及其以上的纤维原料;
步骤2:称取10g绝干纤维原料,置于三口烧杯中,加入300-600mL的1mol/L-6mol/L盐酸溶液,浸入已经调好温度至90℃-130℃的油浴锅中反应1h-3h,同时调节机械搅拌速度300rpm-600rpm,水解反应结束后加入大量去离子水终止反应;
步骤3:反应结束后,将步骤2获得的悬浮液加入1000mL去离子水搅拌均匀后过滤,重复5-10次;
步骤4:将步骤3获得的稀释后的悬浮液使用高速离心机转速6000rpm-12000rpm离心10min-20min去除上层清液,重复2-3次,直到离心后上层清液至中性;
步骤5:取出离心管下层的固体,用水稀释至质量浓度为1wt%-5wt%,设定超声波细胞粉碎机作用功率200W-600W作用10min-60min,获得盐酸纳米微晶纤维素HCNC样品A;
步骤6:取样品A20mL-120mL稀释至浓度1-5mg/mL,调整pH至4-10,逐滴加入到强烈搅拌下的40℃-80℃的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶液中20mL-120mL浓度为1-5mg/mL反应1h-5h,反应结束后继续搅拌10h-20h;
步骤7:重复步骤3,4,5,获得在水相中稳定存在的盐酸纳米微晶纤维素HCNC-CTAB样品B。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是步骤2中,盐酸溶液为3mol/L。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是步骤2中,所述油浴锅的温度为110℃。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是步骤2中,所述油浴锅中反应的时间为1.5h
5.根据权利要求1所述的方法,其特征是步骤6中,所述样品1浓度为5mg/mL,所述CTAB溶液的浓度为5mg/mL。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征是步骤6中,所述反应的时间为3h。
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