專利名稱：利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬納米材料領(lǐng)域，涉及香蕉纖維素納米纖維的制備方法，尤其涉及一種以香蕉粗纖維為原料利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法。
背景技術(shù)：
香蕉產(chǎn)業(yè)是我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)香蕉產(chǎn)區(qū)每年約產(chǎn)生700多萬(wàn)噸香蕉莖稈，目前均采用直接還田或丟棄的方法處理，既造成了資源的極大浪費(fèi)又破壞了生態(tài)環(huán)境。大量研究表明，香蕉纖維具有諸多優(yōu)點(diǎn)如強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小、吸濕放濕快、初始模量高、服用衛(wèi)生性能良好等優(yōu)點(diǎn)。此外，香蕉纖維作為天然纖維的一種，又具有可再生、可降解、來(lái)源豐富、加工能耗小、原料價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。如何開(kāi)展香蕉纖維的綜合利用，延長(zhǎng)香蕉產(chǎn)業(yè)鏈，有效降低香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)、提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、增加產(chǎn)品的附加值是香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟需解決的重大問(wèn)題之一。汽爆技術(shù)的全稱是蒸汽爆破處理技術(shù)，是利用高溫、高壓水蒸汽處理纖維原料，并通過(guò)瞬間釋壓過(guò)程實(shí)現(xiàn)原料的組分分離和結(jié)構(gòu)變化。其本質(zhì)是將滲透在植物組織內(nèi)部被壓縮的氣體在極短時(shí)間(0.00875s)內(nèi)突發(fā)性的釋放，使植物組織由高溫、高壓的狀態(tài)瞬間釋放為常溫常壓，從而達(dá)到降解纖維素和木質(zhì)素的作用。中國(guó)專利CN 200380102454. X公布了由蒸汽爆發(fā)形成的納米物質(zhì)的制造方法及其裝置、以及納米原料的制造方法，只是提出利用蒸汽爆破法制備納米原料，并未對(duì)香蕉纖維素的應(yīng)用做出限定。CN 200710062669公布了一種由秸稈制備納米二氧化硅的方法，提出利用蒸汽爆破法制備二氧化硅。除此之外，并未見(jiàn)到有利用蒸汽爆破制備納米纖維的專利。納米纖維是直徑Inm IOOnm的纖維，廣泛應(yīng)用在服裝、食品、醫(yī)藥、能源、電子、造紙、航空等領(lǐng)域，特別是在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域?qū)⒂懈笞鳛?。常?guī)的納米纖維的制備方法有化學(xué)法、生物法、物理法、人工合成法和靜電紡絲法，其中利用靜電紡絲法制備纖維素納米纖維尤為常見(jiàn)。盡管納米纖維素有許多制備方法，但是也有很多局限化學(xué)方法需要用強(qiáng)酸水解，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求高，回收和處理反應(yīng)后的殘留物困難；生物法制備工藝復(fù)雜、成本高、價(jià)格貴；物理法制備微纖化納米纖維素需要采用特殊設(shè)備且需使用高壓，能耗大、制備的納米纖維素粒徑分布較寬；人工合成納米纖維成本較高且得率僅為50%左右；靜電紡絲法工序復(fù)雜且制備的纖維橫截面較大。因此，研究發(fā)展新型的簡(jiǎn)單、綠色、低能耗、快速、高效的制備納米纖維素的方法刻不容緩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法，以蕉園廢棄的香蕉莖稈粗纖維為主要原料，采用化學(xué)處理和汽爆技術(shù)相結(jié)合的方法，解決了傳統(tǒng)納米纖維制備方法成本高、工序復(fù)雜、污染環(huán)境的缺陷，大大縮短了納米纖維的生產(chǎn)周期，提高效率，具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、堿液和漂洗液均可循環(huán)使用等特點(diǎn)，為香蕉纖維進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。
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本發(fā)明所采用的技術(shù)方案—種利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法，包括預(yù)堿處理工序、汽爆處理工序、化學(xué)漂洗工序，其步驟如下1、預(yù)堿處理工序?qū)⑾憬洞掷w維剪切成長(zhǎng)度為2 IOcm的短纖維，在室溫下于濃度為5 40g/L的 NaOH溶液中浸泡10 48h，水洗至中性并脫水。2、汽爆處理工序?qū)㈩A(yù)處理后的香蕉粗纖維放入汽爆罐中在1.0 3. OOMpa的汽爆壓力下維壓 60 300s，瞬間釋放后洗滌至中性。3、化學(xué)漂洗工序?qū)⒔?jīng)汽爆處理得到的香蕉纖維浸泡于含1. 0 1. 8% NEi2SiO3U. 0 3. 5% NaOH,
1.1 3. 49% H2O2的漂白液中，固液比為1 10 25，溫度為50 62°C，處理1 8小時(shí)，洗滌至中性即得到香蕉納米纖維，納米纖維得率在60%以上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用汽爆技術(shù)對(duì)制備香蕉納米纖維，是一種纖維素納米纖維新的制備方法，不僅工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、堿液和漂洗液均可循環(huán)使用，而且與常規(guī)方法相比得率較高，平均在60%以上。2、本發(fā)明采用化學(xué)處理和蒸汽爆破結(jié)合的方法，克服了傳統(tǒng)化學(xué)方法制備納米纖維成本高、工序復(fù)雜、污染環(huán)境的缺陷，大大縮短了納米纖維的制備周期、效率更高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一1、預(yù)堿處理取50g香蕉粗纖維剪切成長(zhǎng)度為3cm的短纖維，在室溫下于濃度為 15g/L的NaOH溶液中浸泡30h，水洗至中性并脫水。2、汽爆處理將預(yù)處理后的香蕉粗纖維放入汽爆罐中在2. OMpa的汽爆壓力下維壓60s，瞬間釋放后洗滌至中性。3、化學(xué)漂洗將經(jīng)汽爆處理得到的香蕉纖維浸泡于含1. 8% Na2SiO3U. 5% NaOH, 1.49% H2O2的漂白液中，固液比為1 15，溫度為52°C，處理5小時(shí)，洗滌至中性即得到直徑Inm IOOnm香蕉納米纖維34g，得率為68%。實(shí)施例二1、預(yù)堿處理取50g香蕉粗纖維剪切成長(zhǎng)度為6cm的短纖維，在室溫下于濃度為 30g/L的NaOH溶液中浸泡25h，水洗至中性并脫水。2、汽爆處理將預(yù)處理后的香蕉粗纖維放入汽爆罐中在2. 5Mpa的汽爆壓力下維壓160s，瞬間釋放后洗滌至中性。3、化學(xué)漂洗將經(jīng)汽爆處理得到的香蕉纖維浸泡于含1. 3% Na2SiO3^2. 3% NaOH,
2.5% H2O2的漂白液中，固液比為1 18，溫度為58°C，處理3小時(shí)，洗滌至中性即得到直徑 Inm IOOnm香蕉納米纖維32g，得率64%。
實(shí)施例三1、預(yù)堿處理取50g香蕉粗纖維剪切成長(zhǎng)度為8cm的短纖維，在室溫下于濃度為 35g/L的NaOH溶液中浸泡40h，水洗至中性并脫水。2、汽爆處理將預(yù)處理后的香蕉粗纖維放入汽爆罐中在1. 6Mpa的汽爆壓力下維壓250s，瞬間釋放后洗滌至中性。3、化學(xué)漂洗將經(jīng)汽爆處理得到的香蕉纖維浸泡于含1. 5% Na2SiO3^2. 8% NaOH, 3. 2% H2O2的漂白液中，固液比為1 23，溫度為55°C，處理6小時(shí)，洗滌至中性即得到直徑 Inm IOOnm香蕉納米纖維30. 5g,得率61 %。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法，其特征在于，包括預(yù)堿處理工序、汽爆處理工序、化學(xué)漂洗工序，其步驟如下.1)、預(yù)堿處理工序?qū)⑾憬洞掷w維剪切成長(zhǎng)度為2 IOcm的短纖維，在室溫下于濃度為5 40g/L的NaOH溶液中浸泡10 48h，水洗至中性并脫水；.2)、汽爆處理工序?qū)㈩A(yù)處理后的香蕉粗纖維放入汽爆罐中在1. 0 3. OOMpa的汽爆壓力下維壓60 .300s，瞬間釋放后洗滌至中性；.3)、化學(xué)漂洗工序?qū)⒔?jīng)汽爆處理得到的香蕉纖維浸泡于含1. 0 1. 8% Na2SiO3^ 1. 0 3. 5% NaOH, 1. 1 .3.49% H2O2的漂白液中，固液比為1 10 25，溫度為50 62°C，處理1 8小時(shí)，洗滌至中性即得到香蕉納米纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用汽爆技術(shù)制備香蕉纖維素納米纖維的方法，是將香蕉粗纖維剪切成長(zhǎng)度為2～10cm的短纖維后在NaOH溶液中浸泡，水洗至中性，進(jìn)行汽爆處理，漂白液漂洗后洗滌至中性即得到香蕉納米纖維，得率在60％以上。本發(fā)明以蕉園廢棄的香蕉莖稈粗纖維為主要原料，采用化學(xué)處理和汽爆技術(shù)相結(jié)合的方法，解決了傳統(tǒng)納米纖維制備方法成本高、工序復(fù)雜、污染環(huán)境的缺陷，大大縮短了納米纖維的生產(chǎn)周期，提高效率，具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、堿液和漂洗液均可循環(huán)使用等特點(diǎn)，為香蕉纖維進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)D01C1/00GK102586897SQ20111046165
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者盛占武, 金志強(qiáng), 高錦合 申請(qǐng)人:中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院海口實(shí)驗(yàn)站