一种综纤维素纳米纤维的制备方法与流程

本发明涉及植物纤维的利用，具体涉及一种综纤维素纳米纤维制备的方法。

背景技术：

随着现代工业的发展，石油资源及煤炭资源的日趋枯竭，迫使人们将注意力投向了天然高分子聚合物等取之不尽、用之不竭、可生物降解和对环境友好的天然资源的研究和利用上。因此，近些年来国内外对生物质材料的研究十分活跃，特别是纤维素，木质素，半纤维素的衍生物，尤其以纤维素和木质素为原料的绿色化学品脱颖而出。全球每年纤维素的产量在～100亿吨之间，其中植物纤维素占据绝对主导地位。纤维素由于其具有较高的结晶度和稳定性在替代传统的合成纤维或无机填料，作为高分子基体的增强增韧引起了广发关注。尤其是以纤维素纳米纤维作为原料在制备功能复合材料如膜材料、凝胶材料和功能性纸页在纳米摩擦发电机、超级吸附、膜分离、催化和柔性电极等领域具有广阔的应用前景。

目前制备纤维素纳米纤维的方法主要有化学法、机械-化学法和酶解法。以上方法不仅涉及纤维素的提取，同时需要使用化学试剂对其进行纳米化处理；成本高、步骤繁琐，尤其是酶处理的方法；此外，对环境造成较大的危害，尤其是tempo试剂和强酸强碱的使用。因此，发展一种全新的方法制备纤维素纳米纤维或开发出一种全新的植物纤维纳米纤维代替纤维素纳米纤维是当下的研究热点和难点。

综纤维素是纤维素和半纤维素的总称，是植物细胞壁多糖的总和，占植物细胞壁干重的75-85％。近年来的研究表明半纤维素通过氢键与纤维素紧密相连，尤其是在浆板中未被除去的半纤维素在一定程度上可以对纸张进行增强。因此，制备含有大量半纤维素的纤维素纳米纤维(综纤维素纳米纤维)可以大幅的提高植物纤维原料的利用率。由于半纤维素在酸性条件下极易水解，同样会在碱性环境下发生剥皮反应和碱性水解；通过化学法制备综纤维素纳米纤维存在较大的技术和理论难题。因此，本发明提出了一种通过机械处理的方法实现了综纤维素纳米纤维的制备，且该方法对针叶材、阔叶材和农作物秸秆具有普适性，获得的综纤维素纳米纤维的直径在～60nm，长度在～3.5μm。

技术实现要素：

本发明针对现有技术和理论的不足，主要是针对半纤维素在制备过程中易降解的问题，提出了一种机械处理的方法实现了综纤维素纳米纤维的制备，且该方法对针叶材、阔叶材和农作物秸秆具有普适性，获得的综纤维素纳米纤维的直径在～60nm，长度在～3.5μm。

附图说明

图1综纤维素纳米纤维的制备流程图

图2为本发明实施例1麦草综纤维素纳米纤维的afm图及尺寸分布

图3为本发明实施例2黑杨综纤维素纳米纤维的afm图及尺寸分布

图4为本发明实施例3辐射松综纤维素纳米纤维的afm图及尺寸分布

图5麦草制备综纤维素纳米纤维过程中组分含量的变化

图6杨木综纤维素纳米纤维的红外光谱图

图7辐射松棕纤维纳米纤维的xrd谱图

具体实施方式

实施例1

第一步50g研磨的麦草粉先用1000ml苯-乙醇(2∶1,v/v)在索氏抽提器里抽提6h。

第二步将得到的脱脂麦草和75g亚氯酸钠加入1000ml水中在75℃加热2h，用醋酸调ph值在3.8，反应结束后，用去离子水洗涤至中性，烘干得到麦草综纤维素。

第三步将得到麦草综纤维素进行润涨处理；称取综纤维素10g加入1000ml的去离子水进行润涨24h。

第四步将润涨处理后的麦草综纤维素的混合液加入到超微粒粉碎机进行机械处理，调接磨盘间距为-0.5μm，盘磨时间为2h，即可得到麦草综纤维素纳米纤维。

实施例2

第一步50g研磨的黑杨粉先用1000ml苯-乙醇(2∶1,v/v)在索氏抽提器里抽提6h。

第二步将得到的脱脂麦草和75g亚氯酸钠加入1000ml水中在75℃加热2h，用醋酸调ph值在3.8，反应结束后，用去离子水洗涤至中性，烘干得到麦草综纤维素。

第三步将得到麦草综纤维素进行润涨处理；称取综纤维素2g加入1000ml的去离子水进行润涨48h。

第四步将润涨处理后的麦草综纤维素的混合液加入到超微粒粉碎机进行机械处理，调接磨盘间距为-1.0μm，盘磨时间为4h，即可得到麦草综纤维素纳米纤维。

实施例3

第一步50g研磨的辐射松粉先用1000ml苯-乙醇(2∶1,v/v)在索氏抽提器里抽提6h。

第二步将得到的脱脂辐射松和75g亚氯酸钠加入1000ml水中在75℃加热2h，用醋酸调ph值在3.8，反应结束后，用去离子水洗涤至中性，烘干得到辐射松综纤维素。

第三步将得到辐射松综纤维素进行润涨处理；称取综纤维素10g加入1000ml的去离子水进行润涨48h。

第四步将润涨处理后的辐射松综纤维素的混合液加入到超微粒粉碎机进行机械处理，调接磨盘间距为-1.5μm，盘磨时间为4h，即可得到辐射松综纤维素纳米纤维。

技术特征：

1.一种综纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，准确称取一定量的植物纤维原料；通过苯醇抽提得到脱脂原料；

步骤2，称取一定量的脱脂原料，通过亚氯酸钠法进行脱木素处理得到综纤维素；

步骤3，称取一定量的综纤维素，按照一定的固液比进行润涨处理；

步骤4，对润涨后的综纤维素进行机械剪切处理，通过调节机械处理的工艺参数即可得到不同尺寸的综纤维素纳米纤维素。

2.根据权利要求1所述的综纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤3中综纤维素与水的比例为1：50～100。

3.根据权利要求1所述的综纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤4中超微粉碎机(mkca6-5jm)的磨盘间距为-0.5～1.5μm。

4.根据权利要求1所述的综纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤4中超微粉碎机(mkca6-5jm)的机械剪切处理的时间为2-6h。

技术总结
本发明涉及纳米纤维的高效制备，尤其是高半纤维素含量综纤维素纳米纤维的制备。包括以下四个步骤：①利用苯醇抽提法对植物纤维原料进行脱脂处理；②利用亚氯酸钠法除去植物纤维原料中的木质素获得综纤维素；③对获得的综纤维素进行润涨处理；④对润涨后的综纤维素进行不同程度的机械处理，从而获得不同尺寸的综纤维素纳米纤维。本发明针对现有技术和理论的不足，主要是半纤维素在酸性条件和碱性环境下易水解；通过化学法制备综纤维素纳米纤维存在较大的技术和理论难题。提出了一种通过机械处理的方法实现了综纤维素纳米纤维的制备，且该方法对针叶材、阔叶材和农作物秸秆具有普适性，获得的综纤维素纳米纤维的直径在～60nm，长度在～3.5μm。

技术研发人员：彭锋;饶俊;吕子文
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：2021.06.11
技术公布日：2021.08.31