CN108978292B - 一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝 - Google Patents

一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝 Download PDF

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Abstract

本发明属于植物纤维材料领域，公开了一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝。本发明方法包括以下步骤：(1)使用精细切割磨通过干法高频切割将纤维素原料切割成粉末；(2)将步骤(1)的粉末配制成纤维素分散液，进行微细化磨浆，得到纤维素浆液；(3)将纤维素浆液进行高强微射流均质处理，得到纳米纤维素纤丝。本发明方法制备得到的纳米纤维素纤丝的直径为15～60nm，长径比的范围为40～200；与化学法相比，长度切断较少，拥有较长的长度，且无化学试剂残留，可应用于食品、医药、材料、化工等领域。本发明方法采用纯机械法制备纳米纤维素纤丝，制备过程绿色环保，没有产生废水，对环境友好，而且工艺简单。

Description

一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素 纤丝
技术领域
本发明属于植物纤维材料领域，特别涉及一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法及其纳米纤维素纤丝。
背景技术
植物纤维是自然界中丰富的可再生资源之一。近年来，由于石化资源枯竭、温室效应等问题，植物纤维资源成为全球研究的热点。而来源于植物纤维资源的纳米纤维素由于其拥有高比表面积、高结晶度、低密度、优秀的力学性能、低热膨胀性、可再生、可回收、可生物降解、生物兼容、可进行表面化学改性等众多的优点，使其在材料、化工、食品、医药等领域有巨大的潜在应用价值。
近年来，研究者们使用多种方法制备纳米纤维素，主要包括化学法、机械法和生物法。其中，Tempo法、酸法、酶解法等方法应用广泛，但是此类方法涉及到了化学试剂，对环境造成了污染。而机械法操作简单，绿色环保。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法。
本发明方法以植物纤维为原料，使用干法切割与湿法微细化磨浆相结合的纯机械法，制备出纳米纤维素纤丝。该方法不使用任何化学试剂，而且不产生废水，制备过程绿色环保，对环境友好，而且工艺简单。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的纳米纤维素纤丝。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，包括以下步骤：
(1)使用精细切割磨通过干法高频切割将纤维素原料切割成粉末；
(2)将步骤(1)的粉末配制成纤维素分散液，进行微细化磨浆，得到纤维素浆液；
(3)将纤维素浆液进行高强微射流均质处理，得到纳米纤维素纤丝。
步骤(1)中，所述纤维素原料包括针叶木浆、阔叶木浆、非木材浆、废纸浆和其他农林废料制成的纸浆中的至少一种。
步骤(2)中，所述纤维素分散液的浓度优选为0.1～4wt％。
步骤(2)中，所述微细化磨浆的压力优选为1000～1500bar；所述微细化磨浆的处理次数优选为10～100。
步骤(3)中，所述高强微射流均质处理的压力优选为70～200MPa；所述高强微射流均质处理的次数优选为3～20遍。
步骤(1)得到的粉末的宽度范围为12～25μm，长度范围为30～600μm。
步骤(2)得到的纤维素浆液为纳米级别的浆液。
步骤(3)中通过高强微射流均质处理，得到的纳米纤维素纤丝直径更小、更均一。
本发明采用纯机械法制备纳米纤维素纤丝，制备过程绿色环保，没有产生废水，对环境友好，而且工艺简单。本发明方法制备得到的纳米纤维素纤丝的直径为15～60nm，长度为2μm至10μm，长径比的范围为40～200。与化学法相比，纯物理法制备的纤维素纤丝在长度上的切断较少，使得其拥有较长的长度，可以应用于材料增强中。且纯物理方法不涉及化学试剂，无化学试剂残留，可应用于食品、医药、材料、化工等领域，绿色环保。
附图说明
图1～图2为实施例1制得的纳米纤维素纤丝的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。
实施例1
使用精细切割磨通过干法高频切割将阔叶木硫酸盐漂白浆板切割成粉末。将得到的粉末配置成浓度为1％的纤维素分散液，在1000bar的压力下进行微细化磨浆20次。随后将得到的纳米纤维素纤丝进行高强微射流均质处理，在130MPa的压力下处理6遍，即得到纳米纤维素纤丝。对本发明方法制备得到的纳米纤维素纤丝进行扫描电镜图表征，结果见图1～图2。由图可见，本发明方法得到的纳米纤维素纤丝本直径为15～60nm，长径比的范围为40～200。
实施例2
使用精细切割磨通过干法高频切割将针叶木硫酸盐漂白浆板切割成粉末。将得到的粉末配置成浓度为3％的纤维素分散液，在1200bar的压力下进行微细化磨浆10次。随后将得到的纳米纤维素纤丝进行高强微射流均质处理，在200MPa的压力下处理3遍，即得到纳米纤维素纤丝。
实施例3
使用精细切割磨通过干法高频切割将废纸浆切割成粉末。将得到的粉末配置成浓度为4％的纤维素分散液，在1500bar的压力下进行微细化磨浆15次。随后将得到的纳米纤维素纤丝进行高强微射流均质处理，在70MPa的压力下处理8遍，即得到纳米纤维素纤丝。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特征在于包括以下步
骤：
（1）使用精细切割磨通过干法高频切割将纤维素原料切割成粉末；
（2）将步骤（1）的粉末配制成纤维素分散液，进行微细化磨浆，得到纤
维素浆液；
（3）将纤维素浆液进行高强微射流均质处理，得到纳米纤维素纤丝；
步骤（1）得到的粉末的宽度范围为 12～25μm，长度范围为 30～600μm；
步骤（3）中，所述高强微射流均质处理的压力为70～200MPa。
2.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：步骤（1）中，所述纤维素原料包括针叶木浆、阔叶木浆、 废纸浆制成的纸浆中的至少一种。
3.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：步骤（2）中，所述纤维素分散液的浓度为0.1～4wt%。
4.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：步骤（2）中，所述微细化磨浆的压力为1000～1500bar。
5.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：步骤（2）中，所述微细化磨浆的处理次数为10～100。
6.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：所述高强微射流均质处理的次数为 3～20次 。
7.根据权利要求 1 所述的纯物理方法制备纳米纤维素纤丝的方法，其特 征在于：步骤（2）得到的纤维素浆液为纳米级别的浆液。
8.一种纳米纤维素纤丝，其特征在于根据权利要求 1～7任一项所述的 方法制备得到。
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