專利名稱：一種提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然高分子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法。
背景技術(shù)：
微晶纖維素是纖維素經(jīng)酸水解至極限聚合度(15 375)后得到的短棒或粉末狀功能化纖維素產(chǎn)品。微晶纖維素對結(jié)晶度有較高的要求，其結(jié)晶部分主要來自于纖維素的結(jié)晶區(qū)?，F(xiàn)有纖維素酸水解技術(shù)處理過程中，酸對纖維素無定形區(qū)的選擇性較差，酸水解過程中除無定形區(qū)水解外，結(jié)晶區(qū)的酸水解損失亦較大，導致最終所得微晶纖維素產(chǎn)品結(jié)晶度低，得率低，使用性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)品得率高的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
I)向0.2 10mol/L的鹽酸水溶液中加入過渡金屬氯化物，得到混合溶液；其中，混合溶液中過渡金屬離子的濃度為0.01 lmol/L ;將漂白木漿纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白木漿纖維素與混合溶液的固液比為(I:5) (1: 30) g/mL ；2)采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理，使固-液分散系中的漂白木漿纖維素的無定形區(qū)酸水解，然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率15 40KHz，微波頻率2450MHz，化學物理催化處理溫度為40 130°C ;3)將高結(jié)晶度的水解纖維素干燥，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素。所述的步驟I)中過渡金屬氯化物為FeCl3、CoCl2, CuCl2或A1C13。所述的步驟I)中漂白木漿纖維素為漂白針葉木漿纖維素或漂白闊葉木漿纖維素。所述的步驟2)化學物理催化處理的時間為20 120min。所述的步驟2)化學物理催化處理的過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系。所述的步驟3)中高結(jié)晶度的水解纖維素是采用35 125°C的熱風進行干燥的，干燥時間為60min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過化學催化和物理催化相結(jié)合的方式，利用過渡金屬離子的化學催化、超聲波的空化作用和微波的熱效應及非熱效應協(xié)同作用來助催化纖維素的酸水解反應，大大提高了酸水解反應中鹽酸對漂白木漿纖維素無定形區(qū)的選擇性，有效地保護了漂白木漿纖維素的結(jié)晶區(qū)，使最終得到的微晶纖維素的結(jié)晶度顯著提高，產(chǎn)品性能明顯改善，并提高了微晶纖維素的得率。
進一步，本發(fā)明還提高了酸水解反應的速率，水解反應只需20 120min，縮短了酸水解反應的時間。進一步，本發(fā)明在水解處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌反應體系，保證了水解反應的均勻性。


圖1為微晶纖維素的XRD圖；其中，a為實施例1得到的微晶纖維素的XRD圖，b為對比例得到的微晶纖維素的XRD圖。
具體實施例方式實施例1:I)向0.4mol/L的鹽酸水溶液中加入固體FeCl3，得到混合溶液；其中，混合溶液中Fe3+的濃度為0.4mol/L ;將漂白針葉木漿纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白針葉木漿纖維素與混合溶液的固液比為1: 15g/mL;2)在80°C下采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理55min,使固-液分散系中的漂白針葉木衆(zhòng)纖維素的無定形區(qū)酸水解,化學物理催化處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系，保證反應的均勻性；然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率25KHz，微波頻率2450MHz ；3)將高結(jié)晶度的水解纖維素用105°C的熱風干燥60min，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔。對比例: I)將漂白針葉木漿纖維素加入0.4mol/L的鹽酸水溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白針葉木漿纖維素與鹽酸水溶液的固液比為1: 15g/mL;2)在80°C下處理固-液分散系55min，在處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系，保證反應的均勻性；然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；3)將高結(jié)晶度的水解纖維素用105°C的熱風干燥60min，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔。將本實施例與對比例得到的微晶纖維素采用日本RIGUKU D/MAX-1200X-射線衍射儀進行測定，射線源采用Cu Ka，掃描速度為3° min—1，測定結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，采用化學物理催化處理得到的微晶纖維素的結(jié)晶度明顯提高，本實施例得到的微晶纖維素的結(jié)晶度為81.94%，比沒有經(jīng)過化學物理催化處理得到的微晶纖維素的結(jié)晶度提高了 31.04%o實施例2:I)向0.2mol/L的鹽酸水溶液中加入固體CoCl2，得到混合溶液；其中，混合溶液中Co2+的濃度為0.01mol/L ;將漂白針葉木漿纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白針葉木漿纖維素與混合溶液的固液比為1: 5g/mL;
2)在40°C下采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理120min，使固-液分散系中的漂白針葉木漿纖維素的無定形區(qū)酸水解，化學物理催化處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系，保證反應的均勻性；然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率15KHz，微波頻率2450MHz ；3)將高結(jié)晶度的水解纖維素用35°C的熱風干燥60min，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔。實施例3:I)向10mol/L的鹽酸水溶液中加入固體CuCl2,得到混合溶液；其中，混合溶液中Cu2+的濃度為lmol/L;將漂白闊葉木漿纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白闊葉木漿纖維素與混合溶液的固液比為1: 20g/mL;2)在85°C下采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理70min，使固-液分散系中的漂白闊葉木漿纖維素的無定形區(qū)酸水解，化學物理催化處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系，保證反應的均勻性；然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率40KHz，微波頻率2450MHz ；3)將高結(jié)晶度的水解纖維素用125°C的熱風干燥60min，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔。實施例4:
I)向5mol/L的鹽酸水溶液中加入固體AlCl3，得到混合溶液；其中，混合溶液中Al3+的濃度為0.06mol/L ;將漂白針葉木纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固_液分散系；其中，所加入漂白針葉木纖維素與混合溶液的固液比為1: 30g/mL;2)在130°C下采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理20min，使固-液分散系中的漂白針葉木纖維素的無定形區(qū)酸水解，化學物理催化處理過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系，保證反應的均勻性；然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率25KHz，微波頻率2450MHz ；3)將高結(jié)晶度的水解纖維素用90°C的熱風干燥60min，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素，不能通過篩孔部分重復進行粉碎過篩，直至全部通過篩孔。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施例對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)向0.2 10mol/L的鹽酸水溶液中加入過渡金屬氯化物，得到混合溶液；其中，混合溶液中過渡金屬離子的濃度為0.01 lmol/L ;將漂白木漿纖維素加入混合溶液中并攪拌均勻，得到固-液分散系；其中，所加入的漂白木漿纖維素與混合溶液的固液比為(I:5) (1: 30) g/mL ； 2)采用超聲波和微波協(xié)同方式對固-液分散系進行化學物理催化處理，使固-液分散系中的漂白木漿纖維素的無定形區(qū)酸水解，然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，即得高結(jié)晶度的水解纖維素；其中，超聲波頻率15 40KHz，微波頻率2450MHz，化學物理催化處理溫度為40 130°C ; 3)將高結(jié)晶度的水解纖維素干燥，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于:所述的步驟I)中過渡金屬氯化物為FeCl3、CoCl2、CuCl2 *A1C13。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于:所述的步驟I)中漂白木漿纖維素為漂白針葉木漿纖維素或漂白闊葉木漿纖維素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于:所述的步驟2)化學物理催化處理的時間為20 120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于:所述的步驟2)化學物理催化處理的過程中采用磁力攪拌裝置攪拌固-液分散系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，其特征在于:所述的步驟3)中高結(jié)晶度的水解纖維素是采用35 125°C的熱風進行干燥的，干燥時間為60min。
全文摘要
一種提高微晶纖維素結(jié)晶度的工藝方法，向鹽酸水溶液中加入過渡金屬氯化物得到混合溶液，再加入漂白木漿纖維素并攪拌均勻得到固-液分散系，同時采用超聲波和微波協(xié)同方式對該分散系進行化學物理催化處理，然后過濾，并洗滌濾餅，直到濾液呈中性，將得到的高結(jié)晶度的水解纖維素干燥，然后粉碎，并用120目篩進行篩選，通過篩孔的部分即為微晶纖維素。本發(fā)明通過化學催化和物理催化相結(jié)合的方式來助催化纖維素的酸水解反應，大大提高了鹽酸對漂白木漿纖維素無定形區(qū)的選擇性，有效地保護了漂白木漿纖維素的結(jié)晶區(qū)，使微晶纖維素的結(jié)晶度顯著提高，產(chǎn)品性能明顯改善，也提高了微晶纖維素的得率。
文檔編號C08B15/08GK103232547SQ20131013851
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者李金寶, 修慧娟, 賀行, 張美云, 王海, 夏新興, 李佩燚 申請人:陜西科技大學