一種輕質(zhì)纖維素的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維素的改性工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)纖維素的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素是自然界中年再生量大、分布廣、且可生物降解的天然高分子(DP大于3000)。具有無毒、生物相容性好等特點(diǎn)。但由于分子內(nèi)和分子間存在大量的氫鍵，造成天然纖維素不熔融，也很難溶于常規(guī)溶劑。纖維素輕質(zhì)化是纖維素應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)方向和科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的纖維素輕質(zhì)化途徑主要有兩種:一種是先使用非衍生化溶劑破壞天然纖維素中的氫鍵，直接溶解纖維素，再借助凝固浴使纖維素再生輕質(zhì)化；另一種是將從天然纖維素中提取的纖維素納米纖維(CNF)，包括纖維素納米長纖維或纖維素納米晶須，直接分散在水中自發(fā)形成。其制備過程分為三個(gè)關(guān)鍵步驟:原料的溶解或分散；凝膠的形成和溶劑置換；凝膠的干燥。得到的輕質(zhì)纖維素密度大于35.00 mg/cm3。高聚合度及低密度是輕質(zhì)纖維素發(fā)展的需要突破的瓶頸。
[0004]作為高分子材料，其性能是由構(gòu)成材料的結(jié)構(gòu)單元化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量(聚合度)、以及分子鏈的空間結(jié)構(gòu)(超分子結(jié)構(gòu))所決定的。
[0005]在上述方法中，產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)與DP大于2800的天然纖維素的結(jié)構(gòu)單元化學(xué)結(jié)構(gòu)相比沒有變化。分子量(聚合度)、以及分子鏈的空間結(jié)構(gòu)(超分子結(jié)構(gòu))發(fā)生了變化，限制了輕質(zhì)纖維素的使用性能。方法一，除聚合度降到DP200-400外還存在纖維素直接溶解再生后，原料中的高強(qiáng)高模的纖維素I型晶體被破壞特別是纖維素I。，分子鏈重排產(chǎn)生強(qiáng)度較低的纖維素Π型晶體，導(dǎo)致得到的產(chǎn)品力學(xué)性能較差，而且在制備過程中纖維素有較大程度的收縮。方法二存在CNF聚合度DP低于100 ο限制了其產(chǎn)品的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輕質(zhì)纖維素的制備方法。該方法能有效保證輕質(zhì)纖維素的密度，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和品質(zhì)。制備而成的輕質(zhì)纖維素高聚合度(產(chǎn)品D P大于12 O O )、高度多孔、纖維素I結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008]—種輕質(zhì)纖維素的制備方法，該方法包括如下步驟:
第一步:將纖維素、水?dāng)嚢杌旌希美w維素溶液；其中水的用量為纖維素溶液質(zhì)量的98.0 — 99.9%，纖維素的用量為纖維素溶液質(zhì)量的0.1 — 2.0%;
第二步:將第一步所得纖維素溶液采用均質(zhì)機(jī)均質(zhì)、膠體磨均質(zhì)或進(jìn)行高速攪拌； 第三步:將第二步得到的溶液在-20 — -50°C下保持3-24小時(shí)，得固體樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品干燥得到輕質(zhì)纖維素。
[0009]進(jìn)一步地，第一步所述纖維素為細(xì)菌纖維素。
[0010]更進(jìn)一步地，第一步所述纖維素為DP大于2000的細(xì)菌纖維素。
[0011]進(jìn)一步地，第二步所述高速攪拌的速率為1000—3000rpm，每次攪拌時(shí)間10-30分鐘，重復(fù)5-15次;所述均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為30-50Mpa ；所述膠體磨轉(zhuǎn)速1000—3000rpm。
[0012 ]進(jìn)一步地，第四步所述干燥為冷凍干燥。
[0013]進(jìn)一步地，第四步所述輕質(zhì)纖維素的特征:DP大于1200，密度小于30.00mg/cm3，Ia大于50.0%的纖維素I。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的制備方法能得到密度小于30.00mg/cm3，DP大于1200、Ia大于50%的纖維素
I產(chǎn)品。
[0015]2、本發(fā)明使用原料僅僅為水和纖維素，無污染。
[0016]3、本發(fā)明的制備方法操作簡單，條件溫和。
[0017]4、本發(fā)明所制得輕質(zhì)纖維素分子量高；可作為基礎(chǔ)原料進(jìn)行進(jìn)一步改性;在生物醫(yī)學(xué)、催化劑負(fù)載、環(huán)境保護(hù)、輕工食品等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，具有很高的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。
[0019]發(fā)明人對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了深入地創(chuàng)造性研究和試驗(yàn)，有許多成功的實(shí)施例，下面列舉六個(gè)實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例一
第一步:將細(xì)菌纖維素(DP:2000)2g，水98g，即細(xì)菌纖維素質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)2.0%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)98.0%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)為100rpm高速攪拌15次，每次10分鐘，直到溶液均勻；
第三步:將第二步得到的溶液在_20°C下保持24小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到:DP 1200，密度30.00mg/cm3，L.含量50.5%的纖維素I產(chǎn)品。
[0021]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到:DP1200，密度為30.0Omg/cm3，Ia含量為50.5%的纖維素I的技術(shù)效果。
[0022]實(shí)施例二
第一步:將細(xì)菌纖維素(DP:2800)lg，水99g，即細(xì)菌纖維素質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)1.0%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)99.0%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液在50MPa進(jìn)行均質(zhì)機(jī)均質(zhì)；
第三步:將第二步得到的溶液在_50°C下保持3小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到:DP 2000密度15.00mg/cm3，L.含量51.8%的纖維素I產(chǎn)品。
[0023]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到密度為15.0Omg/cm3，L.含量51.8%的纖維素I的技術(shù)效果。
[0024]實(shí)施例三第一步:將細(xì)菌纖維素(DP: 3200)0.1g，水99.9g，即細(xì)菌纖維素質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)0.1%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)99.9%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液進(jìn)行100rpm膠體磨進(jìn)行均質(zhì)；
第三步:將第二步得到的溶液在_20°C下保持12小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到:細(xì)菌纖維素DP 2500，密度12.60mg/cm3, Ia含量53.6%的纖維素I產(chǎn)品。
[0025]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到的細(xì)菌纖維素DP2500，密度12.60mg/cm3，L.含量53.6%的纖維素I的技術(shù)效果。
[0026]實(shí)施例四
第一步:將細(xì)菌纖維素(DP:2200)2g，水98g，即細(xì)菌纖維素質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)2.0%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)98.0%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液在30MPa進(jìn)行均質(zhì)機(jī)均質(zhì)；
第三步:將第二步得到的溶液在_50°C下保持12小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到細(xì)菌纖維素DP 2000，密度18.30mg/cm3, Ia含量51.3%的纖維素I產(chǎn)品。
[0027]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到細(xì)菌纖維素DP2000，密度18.30mg/cm3，L.含量51.3%的纖維素I的技術(shù)效果。
[0028]實(shí)施例五
第一步:將細(xì)菌纖維素(DP:2200)2g，水98g，即細(xì)菌纖維素質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)2.0%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)98.0%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)為3000rpm高速攪拌5次，每次30分鐘；
第三步:將第二步得到的溶液在_20°C下保持12小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到細(xì)菌纖維素DP 1500，密度為13.20mg/cm3，Ia含量為50.3%的纖維素I的效果。
[0029]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到細(xì)菌纖維素DP1500，密度13.20mg/cm3，L.含量50.3%的纖維素I的技術(shù)效果。
[0030]實(shí)施例六
第一步:將細(xì)菌纖維素(DP:2000 ) 1.5g，水98.5g，即質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)1.5%，水質(zhì)量組百分?jǐn)?shù)98.5%，混合攪拌分散；
第二步:將第一步所得到溶液進(jìn)行3000rpm膠體磨進(jìn)行均質(zhì)；
第三步:將第二步得到的溶液在_28°C下保持12小時(shí)，得固態(tài)樣品；
第四步:將第三步得到固態(tài)樣品冷凍干燥，得到細(xì)菌纖維素DP 1200，密度11.0Omg/cm3, Ia含量54.1%的纖維素I產(chǎn)品。
[0031]傳統(tǒng)方法僅能得到纖維素II。無法達(dá)到本發(fā)明所得到細(xì)菌纖維素DP1200，密度11.00mg/cm3，L.含量54.1%的纖維素I的技術(shù)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是該方法包括如下步驟: 第一步:將纖維素、水?dāng)嚢杌旌?，得纖維素溶液；其中水的用量為纖維素溶液質(zhì)量的98.0 — 99.9%，纖維素的用量為纖維素溶液質(zhì)量的0.1 — 2.0%; 第二步:將第一步所得纖維素溶液采用均質(zhì)機(jī)均質(zhì)、膠體磨均質(zhì)或進(jìn)行高速攪拌； 第三步:將第二步得到的溶液在-20 — -50°C下保持3-24小時(shí)，得固體樣品； 第四步:將第三步得到固態(tài)樣品干燥，得到輕質(zhì)纖維素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是第一步所述纖維素為細(xì)菌纖維素。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是第一步所述纖維素為DP大于2000的細(xì)菌纖維素。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是第二步所述高速攪拌的速率為1000—3000rpm，每次攪拌時(shí)間10-30分鐘，重復(fù)5-15次;所述均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為30-50Mpa;所述膠體磨均質(zhì)的轉(zhuǎn)速為1000—3000rpm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是第四步所述干燥為冷凍干燥。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，其特征是第四步所述輕質(zhì)纖維素的特征:DP大于1200，密度小于30.0Omg/cm3，Ia大于50.0%的纖維素I。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)纖維素的制備方法，該方法主要特點(diǎn)是纖維素和水混和均勻、干燥等工藝制備而成的一種高分子量、高度多孔、纖維素I結(jié)晶結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)纖維素。本發(fā)明的輕質(zhì)纖維素，可作為基礎(chǔ)原料進(jìn)行進(jìn)一步改性，所制得輕質(zhì)纖維素具有在生物醫(yī)學(xué)、催化劑負(fù)載、環(huán)境保護(hù)、輕工食品等諸多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用；所述的制備方法條件溫和，具有很高的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】C08L1/02, C08J9/28
【公開號(hào)】CN105504333
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510972393
【發(fā)明人】熊犍, 王紫蓉, 葉君
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日