CN110055788B - 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途 - Google Patents

一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN110055788B
CN110055788B CN201810052856.1A CN201810052856A CN110055788B CN 110055788 B CN110055788 B CN 110055788B CN 201810052856 A CN201810052856 A CN 201810052856A CN 110055788 B CN110055788 B CN 110055788B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
dispersion liquid
nano lignocellulose
nano
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810052856.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110055788A (zh
Inventor
张金柱
王鹏辉
唐地源
张安
刘顶
梁蒙蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Shengquan Biomass Graphene Research Institute
Original Assignee
Shandong Shengquan Biomass Graphene Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Shengquan Biomass Graphene Research Institute filed Critical Shandong Shengquan Biomass Graphene Research Institute
Priority to CN201810052856.1A priority Critical patent/CN110055788B/zh
Priority to PCT/CN2019/071536 priority patent/WO2019141140A1/zh
Publication of CN110055788A publication Critical patent/CN110055788A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110055788B publication Critical patent/CN110055788B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/14—Disintegrating in mills
    • D21B1/16—Disintegrating in mills in the presence of chemical agents

Abstract

本发明提供一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途，所述微纳米木质素纤维素分散液的制备方法包括如下步骤：将含有木质素的纤维素原料加入有机溶剂中，得到原料分散液；将其通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物；利用高压均质机对预处理产物进行高压均质，得到微纳米木质素纤维素分散液。本发明无需脱除含木质素的纤维素原料中的木质素，结合机械预处理和高压均质手段可制备得到微纳米木质素纤维素的有机分散液，分散液中微纳米木质素纤维素的直径为5‑250nm，长度大于2μm，木质素含量为10～35wt％，微纳米木质素纤维素有机分散液分散性好，稳定不沉淀，有效地改善了微纳米木质素纤维素的性能，应用前景广阔。

Description

一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途。
背景技术
作为一种新型的纳米材料，纳米纤维素日益受到广泛关注。纳米纤维素被定义为至少有一维处于纳米尺度(1-100nm)，并且可以在水中分散形成稳定悬浮液的纤维素晶体，由于制备方法的不同，可能得到性质不同的纳米纤维素。纳米纤维素具有天然纤维素的基本结构和性能，如可持续再生性、生物降解性等，同时具有纳米粒子的一些特性，如大的化学反应活性、高聚合度、高结晶度、高纯度和高透明性等，使其具有广泛的应用前景。但纳米纤维素表面众多的羟基决定了它不能很好地溶解在弱极性有机溶剂和聚合物介质中，与通用树脂相容性差，限制了其在复合材料领域的应用。
木质素分子结构中含有以氧代苯丙醇或其衍生物为结构单元的芳香性高聚物，是世界上第二位丰富的可再生资源，主要位于纤维素纤维之间，通过形成交织网来硬化细胞壁，起抗压作用。木质素可作为分散剂、吸附剂和增强剂等使用，具有极其广泛的利用价值。
现有技术中纳米纤维素有机分散液的制备先用酸、碱或有机溶剂对纤维素进行预处理，然后加入改性剂对纤维素进行改性，最后对纤维素进行机械处理得到改性的纳米纤维素。过程中使用大量的酸、碱、有机溶剂和改性剂，污染环境，且操作过程复杂，耗时长。例如CN105367670A公开了一种纳米纤维素及其制备方法，包括以下步骤：将纤维原料打碎；亚氯酸钠去除木质素；磷酸酸解纤维素；离心；透析得到所需的纳米纤维素。
另外，采用添加分散剂的方法提高纳米纤维素与有机溶剂和树脂中的相容性。CN106633101A公开了一种纳米纤维素分散液的制备方法，其是将纤维素原料与亲水性溶剂接触得到润湿后的纤维素原料，而后在分散剂存在下将润湿后的纤维素原料进行研磨得到纳米纤维素。但作为现有的分散剂而被使用的成分而言，通常不够环保，并且无法形成与纤维素纤维牢固的相互作用，或者纳米纤维素相对于树脂的相容作用不充分。
因此，在本领域，期望开发一种无需进行原料预处理，并能够在有机溶剂中稳定分散的微纳米木质素纤维素的制备方法。
发明内容
针对如上所述技术问题，本发明的目的在于提供一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种微纳米木质素纤维素分散液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将含有木质素的纤维素原料加入有机溶剂中，得到原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物；
(3)利用高压均质机对步骤(2)得到的产物进行高压均质，得到所述微纳米木质素纤维素分散液。
在本发明中，无需对含有木质素的纤维素原料进行化学处理来脱除木质素，而保留木质素作为天然分散剂，其能够增强微纳米纤维素与有机溶剂的相互作用，并且结合机械预处理和高压均质手段，首先使纤维素原料破碎成纤维素颗粒，之后将破碎后的纤维素颗粒置于高压均质机中，对纤维素颗粒剥离得到微纳米木质素纤维素有机分散液，使得微纳米木质素纤维素有机分散液稳定不沉淀。
在本发明中，所述“微纳米木质素纤维素”是指含有木质素结构的微纳米纤维素；所述微纳米木质素纤维素可以理解为含有10～35wt％木质素，且直径尺寸在1nm～1μm以内的纤维素材料。
在本发明中，所述含有木质素的纤维素原料为植物原料完全提取半纤维素或部分提取半纤维素后的残渣。
优选地，所述植物原料包括林木、农作物、农林废弃物中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述含有木质素的纤维素原料包括糠醛渣、木糖渣、未漂木浆、未漂草浆、秸秆的农业废弃物中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，优选地，所述含有木质素的纤维素原料中木质素含量为10-30wt％，例如10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、24wt％、26wt％、28wt％或30wt％等。
优选地，所述含有木质素的纤维素原料中纤维素含量在65wt％以上，例如65wt％、68wt％、70wt％、73wt％、75wt％、78wt％、80wt％等。
优选地，所述含有木质素的纤维素原料中还含有半纤维素。
优选地，所述含有木质素的纤维素原料中半纤维素含量≤10wt％，例如10wt％、9wt％、8wt％、7wt％、6wt％、5wt％、4wt％、3wt％、2wt％或1wt％等。
优选地，所述有机溶剂为沸点高于72℃的有机溶剂。
优选地，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、丁酮、甲酰胺、乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯胺、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、辛烷、二甲基亚砜、二氧六环、乙酸乙酯、乙腈、吡啶或四氯化碳中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，在将含有木质素的纤维素原料加入有机溶剂之前，将有机溶剂加热至72-128℃，例如72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、85℃、88℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、120℃或125℃等。
优选地，所述加热温度不高于所述有机溶剂的沸点。
在本发明中，如果有机溶剂的加热温度太低，则会影响微纳米木质素纤维素的生成，而如果加热温度太高，例如高于有机溶剂的沸点，则有机溶剂发生沸腾，会影响后续的剥离、磨碎，以及高压均质过程，使得后续这些机械剥离过程无法操作。
优选地，步骤(1)所述原料分散液中含有木质素的纤维素原料的含量为1-20wt％，例如1wt％、3wt％、5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％，优选3-10wt％。
优选地，所述机械预处理包括球磨、盘磨或砂磨中的任意一种或至少两种的结合，进一步优选为砂磨。
优选地，所述机械预处理的循环次数大于等于1次，例如2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、11次、15次、17次、18次、20次等。
在本发明中，所述机械预处理的循环次数可根据所需要的产物的尺寸适当选择。
优选地，采用砂磨时，砂磨机的循环次数为1-3次，得到砂磨产物的直径为200-1000nm，例如220nm、250nm、280nm、300nm、320nm、350nm、380nm、400nm、450nm、500nm、650nm、800nm等；砂磨机的循环次数≥5次，得到砂磨产物的直径为100-200nm，例如120nm、140nm、160nm、180nm等。
优选地，采用盘磨和/或球磨时，循环次数大于等于10次，例如12次、14次、15次、16次、18次、20次等。
优选地，所述将步骤(1)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎时，保持原料分散液温度不高于所述原料分散液中有机溶剂的沸点。
优选地，所述高压均质的压力为50-150MPa，例如60MPa、65MPa、70MPa、75MPa、80MPa、90MPa、110MPa、120MPa、140MPa等，优选60-80MPa。
优选地，所述高压均质的循环次数为3-7次，例如4次、5次、6次或7次。
优选地，所述高压均质的过程中保持温度不高于步骤(2)得到的预处理产物中有机溶剂的沸点。
本发明所述制备方法减少了纤维素原料的预处理过程，减少了大量化学试剂的使用，减少了环境污染，无需脱除木质素，而实现了在高木质素含量下得到分散性良好的微纳米纤维素有机分散液，解决了目前在木质素存在下不使用其他分散剂就无法解决纳米纤维素在有机溶剂中的分散问题。
另一方面，本发明提供了如上所述的制备方法制备得到的微纳米木质素纤维素分散液。
优选地，所述微纳米木质素纤维素分散液中微纳米木质素纤维素的直径为5-250nm(例如5nm、8nm、10nm、20nm、50nm、80nm、100nm、130nm、150nm、180nm、200nm、220nm或240nm)，长度大于2μm(例如2μm、3μm、5μm、8μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm或50μm等)。
优选地，本发明所述微纳米木质素纤维素分散液中微纳米木质素纤维素的含量为0.1％-18％，例如0.1％、0.5％、0.8％、1.0％、1.5％、3％、5％、8％、10％、12％、16％、18％等。
优选地，本发明所述微纳米木质素纤维素分散液中木质素的含量为微纳米木质素纤维素固含量的10～35wt％，例如10％、15％、18％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％或28％、30％、32％、35％，优选25-28％。
在本发明中，微纳米木质素纤维素分散液中微纳米纤维素的含量是指在分散液中含有木质素的微纳米纤维素的总质量百分比含量，木质素的含量是指木质素占微纳米木质素纤维素总质量的百分比含量，即为占微纳米木质素纤维素分散液中微纳米木质素纤维素固含量的百分比含量。
本发明的微纳米木质素纤维素分散液中所含的高含量的木质素与纤维素以氢键和化学键的方式结合，悬浮分散于溶液中，借助木质素分散作用使得微纳米木质素纤维素有机分散液分散性好，有效地改善了微纳米木质素纤维素的性能。
另一方面，本发明提供了如上所述的微纳米木质素纤维素分散液的用途，所述微纳米木质素纤维素分散液用于纺织材料、医药材料、高性能助剂、吸附材料、食品包装材料或复合材料的制备。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明无需对含有木质素的纤维素原料进行化学处理来脱除木质素，减少了纤维素的预处理过程，减少了大量化学试剂的使用，减少了环境污染。
(2)本发明结合机械预处理和高压均质手段，将纤维素原料先破碎成纤维素颗粒，再将纤维素颗粒进入高压均质机，进行均质，能够在不加入化学试剂(如剥离剂等)的前提下，获得所需的微纳米木质素纤维素的尺寸。
(3)本发明在高压均质之前设置机械预处理步骤，能够有效降低纤维素颗粒的尺寸，保证在高压均质过程中不堵塞高压均质机，减少对高压均质机的磨损。
(4)本发明制备得到的微纳米木质素纤维素分散液中，微纳米木质素纤维素的直径为5-250nm，长度大于2μm，木质素含量为10～35wt％，微纳米木质素纤维素有机分散液分散性好，稳定不沉淀，有效地改善了微纳米木质素纤维素的性能，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的微纳米木质素纤维素分散液透射电镜图，其标尺为2μm；
图2为本发明实施例2制备得到的微纳米木质素纤维素分散液透射电镜图，其标尺为2μm。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在本发明中由于植物原料提取半纤维素或部分半纤维素之后得到的糠醛渣、木糖渣、未漂木浆、未漂草浆、秸秆的农业废弃物等残渣中所含木质素、纤维素以及半纤维素的含量相似，因此以下实施例以木糖渣为例来制备微纳米木质素纤维素分散液。
实施例1
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取97gN,N-二甲基甲酰胺加热到90℃，称取3g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为25wt％，纤维素含量为70wt％，半纤维素含量为5wt％)加入到加热后的N,N-二甲基甲酰胺中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在90℃的情况下循环砂磨1次，得到直径500nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在60MPa压力下，保持溶液温度在90℃的情况下高压破碎7个循环，得到直径为20-130nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为2.85％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的25％的微纳米木质素纤维素分散液。
如图1为本实施例制备得到的微纳米木质素纤维素分散液采用JEM-1200EX(120KV)型透射电镜测试得到的TEM图。从图中可以看出，绝大多数纤维素解纤到100nm以下，长径比高，相互搭接成网络状结构。
实施例2
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取97gN,N-二甲基甲酰胺加热到72℃；称取3g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为28wt％，纤维素含量为70wt％，半纤维素含量为2wt％)加入到加热后的N,N-二甲基甲酰胺中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在72℃的情况下循环砂磨1次，得到直径500nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在100MPa压力下，保持溶液温度在72℃的情况下高压破碎5个循环，得到直径为10-100nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为2.79％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的28％的微纳米木质素纤维素分散液。
如图2为本实施例制备得到的微纳米木质素纤维素分散液采用JEM-1200EX(120KV)型透射电镜测试得到的TEM图，从图中可以看出，全部纤维素解纤到100nm以下，尺寸相对更加均匀，长径比高。
实施例3
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取95g乙醇加热到72℃；称取5g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为28wt％，纤维素含量为70wt％，半纤维素含量为2wt％)加入到加热后的乙醇中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在72℃的情况下循环砂磨3次，得到直径300nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在80MPa压力下，保持溶液温度在72℃的情况下高压破碎3个循环，得到直径为30-100nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为4.79％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的27％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例4
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取90g正丁醇加热到100℃；称取10g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为25wt％，纤维素含量为75wt％)加入到加热后的正丁醇中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在100℃的情况下循环砂磨5次，得到直径150nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在50MPa压力下，保持溶液温度在100℃的情况下高压破碎3个循环，得到直径为5-80nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为9.55％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的26％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例5
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取92g二甲苯加热到100℃；称取8g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为25wt％，纤维素含量为70wt％，半纤维素含量为5wt％)加入到加热后的二甲苯中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在100℃的情况下循环砂磨2次，得到直径400nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在150MPa压力下，保持溶液温度在100℃的情况下高压破碎7个循环，得到直径为5-15nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为7.12％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的27％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例6
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取80g二甲基亚砜加热到128℃；称取20g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为22wt％，纤维素含量为78wt％)加入到加热后的二甲基亚砜中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在128℃的情况下循环砂磨2次，得到直径500nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在80MPa压力下，保持溶液温度在128℃的情况下高压破碎3个循环，得到直径为100-250nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为17.62％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的23％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例7
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取99g吡啶加热到105℃；称取1g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为25wt％，纤维素含量为65wt％，半纤维素含量为10wt％)加入到加热后的吡啶中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在105℃的情况下循环砂磨7次，得到直径200nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在100MPa压力下，保持溶液温度在105℃的情况下高压破碎5个循环，得到直径为10-20nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为0.75％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的22.5％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例8
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取95g四氯化碳加热到72℃；称取5g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为28wt％，纤维素含量为70wt％，半纤维素含量为2wt％)加入到加热后的四氯化碳中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在72℃的情况下循环砂磨1次，得到直径500nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在150MPa压力下，保持溶液温度在72℃的情况下高压破碎3个循环，得到直径为150-250nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为4.58％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的24.5％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例9
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取90g N,N-二甲基乙酰胺加热到120℃；称取10g干燥的木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为20wt％，纤维素含量为80wt％)加入到加热后的N,N-二甲基乙酰胺中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在120℃的情况下循环砂磨2次，得到直径300nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在80MPa压力下，保持溶液温度在120℃的情况下高压破碎7个循环，得到直径为5-100nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为8.11％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的21％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例10
在本实施例中，通过以下方法制备微纳米木质素纤维素分散液，具体包括以下步骤：
(1)称取95g辛烷加热到120℃；称取5g干燥的木糖渣木糖渣(其中木糖渣中木质素含量为25wt％，纤维素含量为68wt％，半纤维素含量为7wt％)加入到加热后的辛烷中，得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在120℃的情况下循环砂磨3次，得到直径300nm左右的剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在60MPa压力下，保持溶液温度在120℃的情况下高压破碎3个循环，得到直径为100-200nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为4.41％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的22％的微纳米木质素纤维素分散液。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤(2)为：将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在90℃的情况下进行盘磨，循环15次，得到直径500nm左右的剥离物，除此之外，其余步骤与实施例1相同。
制备得到的微纳米木质素纤维素分散液中微纳米纤维素的直径为20-150nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为2.55％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的24％。
实施例12
本实施例与实施例1不同之处在于，步骤(2)为：将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液在保持分散液温度在90℃的情况下进行球磨，循环10次，得到直径800nm左右的剥离物，除此之外，其余步骤与实施例1相同。
制备得到的微纳米木质素纤维素分散液中微纳米纤维素的直径为50-200nm、长度大于2μm、微纳米纤维素含量为2.40％、木质素含量为微纳米木质素纤维素固含量的23.5％。
对比例1
在本对比例中，其制备方法如下：
(1)称取97gN,N-二甲基甲酰胺加热到25℃，称取3g干燥的木糖渣加入到N,N-二甲基甲酰胺得到木糖渣原料分散液；
(2)将步骤(1)得到的木糖渣原料分散液置于球磨机中，转速为300～500rpm，25℃球磨5h，得到直径2500nm左右剥离物；
(3)将步骤(2)制备得到的剥离物直接转移至高压均质机中，在60MPa压力下，保持25℃的情况下高压破碎7个循环，得到的纤维素分散液纤维素直径为1500nm，尺寸较大，且分散液体系很快沉淀分层。
对比例2
与实施例1不同的是在步骤(1)中将有机溶剂加热到150℃，步骤(2)和步骤(3)也均在保持溶液温度在150℃进行。得到的纤维素分散液纤维素直径为10-100nm，由于温度过高木质素部分分解，该微纳米木质素纤维素分散液中木质素含量仅为5％，而微纳米木质素纤维素分散液体系也不够稳定，易于沉淀。
由实施例1-12以及对比例1-2的对比可以看出，本发明所述制备方法可以实现在一定温度范围内的有机体系中，结合机械预处理和高压均质机均质可得到高木质素含量的微纳米木质素纤维素分散液，而温度低于该温度范围，无法在有机溶剂分散液体系下对纤维素进行有效高压均质剥离，很难得到合适尺寸以及高木质素含量的有机分散液；温度高于该温度范围，无法进一步得到更小尺寸的微纳米木质素纤维素，反而会降低木质素含量，使得分散液体系不够稳定，易于沉淀。
本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (24)

1.一种微纳米木质素纤维素分散液的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将含有木质素的纤维素原料加入有机溶剂中，得到原料分散液；所述有机溶剂为异丙醇、正丁醇、叔丁醇、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯胺、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、辛烷、二甲基亚砜、二氧六环、乙酸乙酯、乙腈、吡啶或四氯化碳中的任意一种或至少两种的组合；在将含有木质素的纤维素原料加入有机溶剂之前，将有机溶剂加热至72-128℃；
(2)将步骤(1)得到的原料分散液通过机械预处理进行剥离、磨碎，得到预处理产物；通过机械预处理进行剥离、磨碎时，保持原料分散液温度不高于所述原料分散液中有机溶剂的沸点；
(3)利用高压均质机对步骤(2)得到的产物进行高压均质，得到所述微纳米木质素纤维素分散液；
所述含有木质素的纤维素原料中木质素含量为10-30wt％，半纤维素含量≤10wt％；
所述微纳米木质素纤维素分散液中木质素的含量为微纳米木质素纤维素固含量的10～35wt％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有木质素的纤维素原料为植物原料完全提取半纤维素或部分提取半纤维素后的残渣。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述植物原料包括林木、农作物、农林废弃物中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有木质素的纤维素原料包括糠醛渣、木糖渣、未漂木浆、未漂草浆、秸秆的农业废弃物中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有木质素的纤维素原料中纤维素含量在65wt％以上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为沸点高于72℃的有机溶剂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热温度不高于所述有机溶剂的沸点。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料分散液中含有木质素的纤维素原料的含量为1-20wt％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原料分散液中含有木质素的纤维素原料的含量为3-10wt％。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械预处理包括球磨、盘磨或砂磨中的任意一种或至少两种的结合。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述机械预处理为砂磨。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械预处理的循环次数大于等于1次。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，采用砂磨时，砂磨机的循环次数为1-3次，得到砂磨产物的直径为200-1000nm；砂磨机的循环次数≥5次，得到砂磨产物的直径为100-200nm。
14.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，采用盘磨和/或球磨时，循环次数大于等于10次。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高压均质的压力为50-150MPa。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述高压均质的压力为60-80MPa。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高压均质的循环次数为3-7次。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高压均质的过程中保持温度不高于步骤(2)得到的预处理产物中有机溶剂的沸点。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的制备方法制备得到的微纳米木质素纤维素分散液。
20.根据权利要求19所述的微纳米木质素纤维素分散液，其特征在于，所述微纳米木质素纤维素分散液中微纳米木质素纤维素的直径为5-250nm，长度大于2μm。
21.根据权利要求19所述的微纳米木质素纤维素分散液，其特征在于，所述微纳米木质素纤维素分散液中微纳米木质素纤维素的含量为0.1-18％。
22.根据权利要求19所述的微纳米木质素纤维素分散液，其特征在于，所述微纳米木质素纤维素分散液中木质素的含量为微纳米木质素纤维素固含量的10～35wt％。
23.根据权利要求22所述的微纳米木质素纤维素分散液，其特征在于，所述微纳米木质素纤维素分散液中木质素的含量为微纳米木质素纤维素固含量的25-28％。
24.根据权利要求19～23中任一项所述的微纳米木质素纤维素分散液的用途，其特征在于，所述微纳米木质素纤维素分散液用于纺织材料、医药材料、高性能助剂、吸附材料、食品包装材料或复合材料的制备。
CN201810052856.1A 2018-01-19 2018-01-19 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途 Active CN110055788B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810052856.1A CN110055788B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途
PCT/CN2019/071536 WO2019141140A1 (zh) 2018-01-19 2019-01-14 一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810052856.1A CN110055788B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110055788A CN110055788A (zh) 2019-07-26
CN110055788B true CN110055788B (zh) 2020-11-10

Family

ID=67315742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810052856.1A Active CN110055788B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110055788B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111040863B (zh) * 2019-12-12 2022-05-24 贵安新区瑞诚生物工程有限公司 石墨烯润滑油的制备方法、石墨烯润滑油及应用
CN112029112B (zh) * 2020-08-26 2022-03-04 北京林业大学 一种从木质纤维生物质中制备高得率高芳基醚键结构木质素的方法
CN111979820A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 扬州交石新材料科技有限公司 一种通过超临界-高压均质技术制备秸秆纳米纤维素分散液的方法
CN113698628A (zh) * 2021-09-28 2021-11-26 上海健康医学院 一种高压均质法用于木质素分散液的制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010254726A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Oji Paper Co Ltd 微細繊維状セルロースの製造方法
CN102182089A (zh) * 2011-03-30 2011-09-14 西南大学 基于短纤维食物废渣的纳米纤维素及其制备方法
CN102690358A (zh) * 2012-06-01 2012-09-26 南京信息工程大学 一种纤维素纳米晶悬浮液及其制备方法
CN103132169A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 中国科学院理化技术研究所 一种能稳定分散的纤维素纳米纤维的制备方法
CN103334327A (zh) * 2013-07-10 2013-10-02 南京林业大学 一种制备纳米纤维素的简易方法
CN104562823A (zh) * 2014-12-11 2015-04-29 天津科技大学 同步法制备微纤化纤维素及其在纸张增强中的应用
CN105646721A (zh) * 2016-01-21 2016-06-08 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种纳米纤维素纤丝的制备方法
CN105713099A (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种甲酸预处理联合高压均质制备纳米纤维素纤丝的方法
CN105899455A (zh) * 2013-11-22 2016-08-24 昆士兰大学 纳米纤维素
CN105885314A (zh) * 2016-05-19 2016-08-24 苏州倍力特物流设备有限公司 一种纳米纤维素复合包装薄膜及其制备方法
US20170306562A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Fiberlean Technologies Limited Compositions comprising microfibrilated cellulose and polymers and methods of manufacturing fibres and nonwoven materials therefrom

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010254726A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Oji Paper Co Ltd 微細繊維状セルロースの製造方法
CN102182089A (zh) * 2011-03-30 2011-09-14 西南大学 基于短纤维食物废渣的纳米纤维素及其制备方法
CN103132169A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 中国科学院理化技术研究所 一种能稳定分散的纤维素纳米纤维的制备方法
CN102690358A (zh) * 2012-06-01 2012-09-26 南京信息工程大学 一种纤维素纳米晶悬浮液及其制备方法
CN103334327A (zh) * 2013-07-10 2013-10-02 南京林业大学 一种制备纳米纤维素的简易方法
CN105899455A (zh) * 2013-11-22 2016-08-24 昆士兰大学 纳米纤维素
CN104562823A (zh) * 2014-12-11 2015-04-29 天津科技大学 同步法制备微纤化纤维素及其在纸张增强中的应用
CN105646721A (zh) * 2016-01-21 2016-06-08 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种纳米纤维素纤丝的制备方法
CN105713099A (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种甲酸预处理联合高压均质制备纳米纤维素纤丝的方法
US20170306562A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Fiberlean Technologies Limited Compositions comprising microfibrilated cellulose and polymers and methods of manufacturing fibres and nonwoven materials therefrom
CN105885314A (zh) * 2016-05-19 2016-08-24 苏州倍力特物流设备有限公司 一种纳米纤维素复合包装薄膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110055788A (zh) 2019-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110055788B (zh) 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途
Khoo et al. Sugarcane bagasse fiber and its cellulose nanocrystals for polymer reinforcement and heavy metal adsorbent: a review
Wang et al. Flexible cellulose nanopaper with high wet tensile strength, high toughness and tunable ultraviolet blocking ability fabricated from tobacco stalk via a sustainable method
Rasheed et al. Morphological, chemical and thermal analysis of cellulose nanocrystals extracted from bamboo fibre
Lu et al. A novel method to prepare lignocellulose nanofibrils directly from bamboo chips
Zhao et al. Reinforcement of all-cellulose nanocomposite films using native cellulose nanofibrils
Silvério et al. Extraction and characterization of cellulose nanocrystals from corncob for application as reinforcing agent in nanocomposites
CN110055796B (zh) 一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途
Lu et al. A mechanochemical approach to manufacturing bamboo cellulose nanocrystals
Barbash et al. Preparation and characterization of nanocellulose obtained by TEMPO-mediated oxidation of organosolv pulp from reed stalks
CN110551294B (zh) 一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途
Xu et al. Valorization of enzymatic hydrolysis residues from corncob into lignin-containing cellulose nanofibrils and lignin nanoparticles
Li et al. Fabricating lignin-containing cellulose nanofibrils with unique properties from agricultural residues with assistance of deep eutectic solvents
CN110485188B (zh) 一种木质纤维同步制备高纯纤维素和木质素纳米颗粒的方法及其应用
Malladi et al. Importance of agriculture and industrial waste in the field of nano cellulose and its recent industrial developments: a review
Li et al. Effect of pretreatment severity on the enzymatic hydrolysis of bamboo in hydrothermal deconstruction
JP2008274247A (ja) 微細繊維状セルロース系物質及びその製造方法
CN105839440B (zh) 一种蔗渣纳米纤维素的制备方法
Zhang et al. Directly converting agricultural straw into all-biomass nanocomposite films reinforced with additional in situ-retained cellulose nanocrystals
CN107287956B (zh) 一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的方法
Luo et al. Hybrid films based on holistic celery nanocellulose and lignin/hemicellulose with enhanced mechanical properties and dye removal
Yang et al. Impact of dimethyl sulfoxide treatment on morphology and characteristics of nanofibrillated cellulose isolated from corn husks
CN111944065B (zh) 一种生物质板材及其制备方法
Zhang et al. Combined mechanical grinding and enzyme post-treatment leading to increased yield and size uniformity of cellulose nanofibrils
Qian et al. Cellulose nanowhiskers from moso bamboo residues: extraction and characterization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant