CN113249997B - 一种再生纤维素纳米丝的制备方法 - Google Patents

一种再生纤维素纳米丝的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113249997B
CN113249997B CN202110588718.7A CN202110588718A CN113249997B CN 113249997 B CN113249997 B CN 113249997B CN 202110588718 A CN202110588718 A CN 202110588718A CN 113249997 B CN113249997 B CN 113249997B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cellulose
nano
dissolving solution
water
dissolving
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
CN202110588718.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113249997A (zh
Inventor
胡秋月
张恒
高欣
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.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
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 Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN202110588718.7A priority Critical patent/CN113249997B/zh
Publication of CN113249997A publication Critical patent/CN113249997A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113249997B publication Critical patent/CN113249997B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/34—Kneading or mixing; Pulpers
    • D21B1/345—Pulpers
    • 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
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/34—Kneading or mixing; Pulpers
    • D21B1/342—Mixing apparatus
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/18—De-watering; Elimination of cooking or pulp-treating liquors from the pulp

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

本发明公开了一种再生纤维素纳米丝的制备方法，该方法是将干燥的纤维素溶解在N,N‑二甲基乙酰胺/氯化锂体系中；将纤维素溶解液注入水中，利用高速匀浆机高速搅打分散纤维素溶解液，再生形成纳米纤维素纤维；分散后的物料用水反复抽滤冲洗，冷冻干燥、即得再生纤维素纳米丝；通过本发明方法制得的产物呈白色丝状纤维，纤维素纳米纤维得率高，纤维素以外的其他组分含量极低。

Description

一种再生纤维素纳米丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种以植物纤维素为原料，经溶解/再生和高速机械解离途径高效清洁制备纤维素纳米丝的方法，属于天然高分子基纳米材料领域。
背景技术
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，具有可再生、生物相容性好、可完全生物降解等优越性能，是一种可持续、可再生的天然聚合物。对纤维素资源的有效利用已成为化学、化工和材料科学领域的研究热点。纤维素环状结构是由D-吡喃葡萄糖环以β-1,4糖苷键连接而成的直链高分子，分子式(C6H10O5)n, n为聚合度，其值由几百到上万不等，因此纤维素的分子量一般较大，结晶程度也相应较高。纤维素中含有大量的醇羟基基团，容易形成分子间和分子内氢键，这种作用力会大大限制多数羟基对水的亲和作用，使得纤维素不溶于水及一般有机溶剂，限制了纤维素的进一步加工利用。因此，寻找合适的溶解体系对纤维素进行溶解或纳米化的降维处理是主要的研究方向。
纤维素纳米纤维作为纤维素基纳米材料的代表，不但保留了天然纤维素的性质，同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积等特性，能够明显改善材料的光、电、磁等性能，在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。目前纤维素纳米纤维的制备方法主要有化学机械法和生物法。化学机械法即先用化学试剂对纤维素进行预处理，再使用高压均质机对预处理后的样品进行均质化。然而化学预处理的过程中常使用强酸液或强氧化剂对纤维素进行处理，不仅易产生废液对环境污染严重，而且存在药液难以回收的问题。此外高压均质机的使用会消耗大量能量，且在均质过程中极易堵塞，难以进行连续作业，对成本控制是及其不利的。细菌纤维素及生物法制备的纤维素纳米纤维，其具有弹性模量大、机械稳定性好等优点，在许多方面的应用都十分有潜力。但细菌纤维素在培养过程中需要极为严格的培养条件，且生产周期较长，纤维素纳米纤维得率低，制备成本较高。
发明内容
由于没有高得率、快速简易且低能耗制备纳米纤维素的支撑基础和技术手段，迄今为止纤维素纳米纤维还未大规模使用和推广，纤维素基纳米材料的实现工作任重而道远。因此，本发明提供了一种高效制备再生纤维素纳米丝的方法，该方法利用高速匀浆机在相对低温的条件下快速获得再生纤维素纳米纤维，为获取纳米级纤维素纤维提供一种有效的新方法。
实现本发明目的采取的工艺技术方案如下：
（1）将干燥的纤维素溶解在N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂体系中；
（2）将纤维素溶解液注入水中，利用高速匀浆机高速搅打分散纤维素溶解液，再生形成纳米纤维素纤维；
（3）分散后的物料用水反复抽滤冲洗，冷冻干燥、密封，即得再生纳米纤维素纤维。
上述方法的具体操作如下：
（1）将N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）加入干燥的纤维素中，在105~110℃、搅拌下进行溶胀1.5~4.5h，搅拌转速为300~600r/min，待溶胀完毕后，再加入LiCl，在90~110℃、搅拌转速400~800r/min下进行纤维素溶解，时间为1~3h；其中绝干纤维素与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比g:mL为2~6%，LiCl与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比g:mL为6~10%；
（2）抽取1~10mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有200~1000mL、0~40℃水的容器中，一边注入一边利用匀浆机搅打，一边注入一边搅打，注入时间10~90s，完全注入后再持续搅打10~120s，匀浆机转速为3000-30000r/min；
（3）分散完毕后的物料转移至砂芯滤器（G4，孔径3~4μm）中，用水抽滤洗涤3~4次，冷冻干燥，即得再生纤维素纳米丝。
所述纤维素原料包括植物中各类组织细胞提取得到的纤维素、细菌纤维素。
本发明的有益效果是：纤维素纳米纤维的制备抛弃了传统操作复杂、能耗高的方法，转向清洁、高效、操作简易的新途径。利用易得的高速匀浆机在纤维素再生过程中进行物理分散、降维处理，制备得到再生纤维素纳米丝状物，除纤维素溶剂和水外不使用任何化学试剂，不仅不会引入其他杂质进入样品体系，对环境也不产生任何有害物质；根据本申请提供的相关实验条件，所得成品呈白色纤维状，纤维素纳米纤维得率高，纤维素外的其他组分含量极低。本发明首次使用高速匀浆机通过机械搅打的方法将DMAc/LiCl/纤维素溶解液在水系再生过程中进行纳米化处理，高效制备再生纤维素纳米丝。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本纳米纤维素的制备方法如下：
（1）纤维素的溶解过程
纤维素溶胀反应条件为：绝干纤维素（薄壁细胞纤维素，用玉米秸秆髓参照Ruzeneet al., 2009中方法获得薄壁细胞纤维素）与DMAc的质量体积比为2%，反应时间4.5h，处理温度105℃，搅拌转速300r/min；纤维素溶解反应条件为：LiCl与DMAc的质量体积比为6%，反应时间3h，处理温度90℃，搅拌转速400r/min；
具体的纤维素溶解处理步骤为：将1.0g绝干纤维素与50.0mLDMAc混合，在105℃、搅拌下进行纤维素溶胀反应4.5h，搅拌转速为300r/min；待溶胀完毕后加入3.0g LiCl，在90℃、搅拌条件下进行纤维素溶解反应3h，搅拌转速为400r/min；
（2）溶解纤维素浆的分散/再生过程
启动匀浆机，用注射器抽取1mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有200mL、0℃水的容器中，注入时间10s，一边注入一边利用匀浆机搅打，完全注入后再持续搅打20s，匀浆机转速为5000r/min；
（3）再生纤维素物料后处理过程
分散后的物料转移至砂芯漏斗（G4，孔径3~4μm）中用水抽滤洗涤3次，冷冻干燥、密封，即得纤维素纳米纤维；
（4）成品成分检测结果
经检测所得成品尺寸在200~400nm之间，冷冻干燥后为白色蓬松状纤维素纳米纤维。
实施例2：本纳米纤维素的制备方法如下：
（1）纤维素的溶解过程
纤维素溶胀反应条件为：绝干纤维素（薄壁细胞纤维素，用玉米秸秆髓参照Ruzeneet al., 2009中方法获得薄壁细胞纤维素）与DMAc的质量体积比为6%，反应时间1.5h，处理温度110℃，搅拌转速600r/min；纤维素溶解反应条件为：LiCl与DMAc的质量体积比为10%，反应时间1h，处理温度110℃，搅拌转速800r/min；
具体的纤维素溶解处理步骤为：将3.0g绝干纤维素与50.0mL DMAc混合，在110℃、搅拌的条件下进行纤维素溶胀反应1.5h，搅拌转速为600r/min；待溶胀完毕后加入10.0gLiCl，在110℃、搅拌下进行纤维素溶解反应1h，搅拌转速为800r/min；
（2）溶解纤维素浆的分散过程
启动匀浆机，用注射器抽取10mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有1000mL、40℃水的容器中，注入时间90s，一边注入一边利用匀浆机搅打，完全注入后再持续搅打120s，匀浆机转速为30000r/min；
（3）再生纤维素后处理过程
分散后的物料转移至砂芯滤器（G4，孔径3~4μm）中用水抽滤洗涤4次，冷冻干燥、密封，即得纤维素纳米纤维；
（4）成品成分检测标准和结果
经检测所得成品尺寸在80~200nm之间，冷冻干燥后为白色蓬松状纤维素纳米纤维。
实施例3：本纳米纤维素的制备方法如下：
（1）纤维素的溶解过程
纤维素溶胀反应条件为：绝干纤维素（薄壁细胞纤维素，用玉米秸秆髓参照Ruzeneet al., 2009中方法获得薄壁细胞纤维素）与DMAc的质量体积比为4%，反应时间3h，处理温度110℃，搅拌转速400r/min；纤维素溶解反应条件为：LiCl与DMAc的质量体积比为8%，反应时间2h，处理温度100℃，搅拌转速600r/min；
具体的纤维素溶解处理步骤为：将2.0g绝干纤维素与50.0mL DMAc混合，在110℃、搅拌的条件下进行纤维素溶胀反应3h，搅拌转速为400r/min；待溶胀完毕后加入4.0gLiCl，在100℃、搅拌下进行纤维素溶解反应2h，搅拌转速为600r/min；
（2）溶解纤维素浆的分散过程
启动匀浆机，用注射器抽取3mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有500mL、10℃水的容器中，注入时间50s，一边注入一边利用匀浆机搅打，完全注入后再持续搅打70s，匀浆机转速为10000r/min。
（3）洗净物料冷干处理过程
分散后的物料转移至砂芯滤器（G4，孔径3~4μm）中用水抽滤洗涤3次，冷冻干燥、密封，即得纤维素纳米纤维；
（4）成品成分检测标准和结果
经检测所得成品尺寸在20~100nm之间，冷冻干燥后为白色蓬松状纤维素纳米纤维。

Claims (4)

1.一种再生纤维素纳米丝的制备方法，其特征在于：将干燥的纤维素溶解在N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂体系中；将纤维素溶解液注入水中，利用高速匀浆机高速搅打分散纤维素溶解液，再生形成纳米纤维素纤维；分散后的物料用水反复抽滤冲洗，冷冻干燥、即得再生纤维素纳米丝。
2.根据权利要求1所述的再生纤维素纳米丝的制备方法，其特征在于，具体操作如下：
（1）将N,N-二甲基乙酰胺加入干燥的纤维素中，在105~110℃、搅拌下进行溶胀1.5~4.5h，搅拌转速为300~600r/min，待溶胀完毕后，再加入LiCl，在90~110℃、400~800r/min下搅拌进行纤维素溶解，时间为1~3h；其中，绝干纤维素与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比为2~6%，LiCl与N,N-二甲基乙酰胺的质量体积比为6~10%；
（2）抽取1~10mL步骤（1）纤维素溶解液，注入装有200~1000mL、0~40℃水的容器中，一边注入一边利用匀浆机搅打，注入时间10~90s，完全注入后再持续搅打10~120s，匀浆机转速为3000-30000r/min；
（3）分散完毕后的物料转移至砂芯滤器中，用水抽滤洗涤3~4次，冷冻干燥，即得再生纤维素纳米丝。
3.根据权利要求2所述的再生纤维素纳米丝的制备方法，其特征在于：砂芯滤器上孔的孔径为3~4μm。
4.根据权利要求1所述的再生纤维素纳米丝的制备方法，其特征在于：纤维素为植物组织细胞提取得到的纤维素或细菌纤维素。
CN202110588718.7A 2021-05-28 2021-05-28 一种再生纤维素纳米丝的制备方法 Active CN113249997B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110588718.7A CN113249997B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种再生纤维素纳米丝的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110588718.7A CN113249997B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种再生纤维素纳米丝的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113249997A CN113249997A (zh) 2021-08-13
CN113249997B true CN113249997B (zh) 2023-02-03

Family

ID=77184977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110588718.7A Active CN113249997B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种再生纤维素纳米丝的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113249997B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278790A (en) * 1978-07-31 1981-07-14 Hopkins Agricultural Chemical Co. Novel cellulose solutions
CN104294479A (zh) * 2014-09-05 2015-01-21 上海工程技术大学 一种天然纤维素/聚丙烯腈纳米抗菌纤维膜及其制备方法
CN105671662A (zh) * 2016-04-06 2016-06-15 福建农林大学 一种纤维素纳米纤维的制备方法
CN106929929A (zh) * 2017-03-21 2017-07-07 昆明理工大学 一种用于静电纺丝的纤维素纺丝原液的制备方法
CN110258158A (zh) * 2019-06-21 2019-09-20 中国热带农业科学院农产品加工研究所 一种高速水射流制备剑麻纳米纤维素的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278790A (en) * 1978-07-31 1981-07-14 Hopkins Agricultural Chemical Co. Novel cellulose solutions
CN104294479A (zh) * 2014-09-05 2015-01-21 上海工程技术大学 一种天然纤维素/聚丙烯腈纳米抗菌纤维膜及其制备方法
CN105671662A (zh) * 2016-04-06 2016-06-15 福建农林大学 一种纤维素纳米纤维的制备方法
CN106929929A (zh) * 2017-03-21 2017-07-07 昆明理工大学 一种用于静电纺丝的纤维素纺丝原液的制备方法
CN110258158A (zh) * 2019-06-21 2019-09-20 中国热带农业科学院农产品加工研究所 一种高速水射流制备剑麻纳米纤维素的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113249997A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Felgueiras et al. Trends on the cellulose-based textiles: raw materials and technologies
Zhu et al. Dissolution of cellulose with ionic liquids and its application: a mini-review
AU2012362513B2 (en) Fiber composition comprising 1,3-glucan and a method of preparing same
CN101748499B (zh) 一种甲壳素纤维及其制备方法
Barhoum et al. Nanocelluloses as new generation materials: Natural resources, structure-related properties, engineering nanostructures, and technical challenges
CN104947244A (zh) 一种原位萃取与制备木质素复合纳米纤维的方法
Cai et al. Bamboo cellulose-derived cellulose acetate for electrospun nanofibers: synthesis, characterization and kinetics
CN108745320B (zh) 基于海水提铀的纳米明胶/聚合物复合纤维带的制备方法
CN101748503A (zh) 一种以离子液体为溶剂制备甲壳素/腈纶复合纤维的方法
CN107501615B (zh) 一种高强度再生纤维素膜的制备方法
CN104262642A (zh) NaOH/硫脲水溶液常温溶解纤维素的方法
CN103554247A (zh) 一种利用离子液体混合溶剂制备胶原微纤维的方法
CN112980002B (zh) 一种基于糠醛渣的木质素-纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法
CN113249997B (zh) 一种再生纤维素纳米丝的制备方法
CN109232993A (zh) 一种纤维素/微米纤维素长丝多孔小球的制备方法
CN101507904B (zh) 一种复合超滤膜及其制备方法
CN108660547B (zh) 一种木质素基纳米碳纤维及其制备方法、碳纤维电极
CN102926027A (zh) 静电纺丝制备改性魔芋葡甘露聚糖/生物降解聚酯共混纤维的方法
CN107936551A (zh) 一种基于竹木半纤维素/γ‑聚谷氨酸的复合膜及其制备方法和应用
CN1255585C (zh) 纤维素基碳纤维的前体纤维的制备方法
CN102182087B (zh) 碱/甲苯法制备纳米纤维素的方法
CN112044406A (zh) 一种制备棉秆皮微晶纤维素/氧化石墨烯气凝胶纤维的方法
CN1289587C (zh) 一种纤维素溶剂及其用途
CN101168603A (zh) 一种大豆分离蛋白/纤维素混合溶液及其制备方法和用途
CN114808173A (zh) 一种以酒糟为原料制备绿色再生纤维素纤维的方法

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