[发明专利]应用酸性阳离子交换树脂制备纳米晶体纤维素I的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶体纤维素的制备方法，更具体地涉及一种应用酸性阳离子交换树脂来制备纳米晶体纤维素I的方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富、可再生且能生物分解的天然高分子化合物，对其如何充分有效地利用已成为国内外的一个研究热点。纤维素通过酸水解、酶处理以及机械法可降解掉无定形的纤维素，保留结晶纤维素制得纳米晶体纤维素。纳米晶体纤维素具有许多优良性能，如高强度、高透明性、高结晶度、高亲水性、高模量、超精细结构和较大的比表面积等，因此纳米晶体纤维素作为复合材料的增强相、组织工程支架和过滤介质方面具有很好的应用前景。

目前文献报道的纳米晶体纤维素的制备主要是采用硫酸等强酸水解法，其对纤维素降解程度不易控制，且对设备腐蚀较大，后处理会产生大量酸性废液，对环境污染大。

发明内容

本发明的目的是要提供一种应用酸性阳离子交换树脂制备纳米晶体纤维素I的方法。

具体的制备方法包括以下步骤：

(1)    将纤维与离子交换树脂加入溶剂中，获得悬浊液；

(2)  将悬浊液搅拌、超声或者进行微波辐射处理；

(3)   将悬浊液进一步进行超声分散处理；

(4)   过滤出离子交换树脂，分离得到纤维悬浊液；

(5)   纤维悬浊液进一步高速离心纯化得到纳米晶体纤维素I。。

其中步骤(1)中所述纤维为天然纤维素或化学浆或微晶纤维素；离子交换树脂为酸性阳离子交换树脂，主要为苯乙烯系、丙烯酸系或酚醛系树脂；纤维与离子交换树脂的质量比例为1：5~1：10。

步骤(1)中所述溶剂为去离子水或ZnCl_２水溶液；纤维在溶剂中的浓度为5～8 g/L；当溶剂为ZnCl_２水溶液时，先加入纤维溶解后，再加入离子交换树脂。

步骤(2)中所述搅拌、超声或微波处理时的温度为50℃~80℃；搅拌、超声时间为2 ～ 4小时，微波辐射处理的时间为0.5～2 小时。

步骤(3)中所述超声分散处理的时间为１小时，温度为50℃~80℃。

步骤(5)中所述高速离心的转速为6000～12000rpm，离心分离10～15次，每次离心时间为10min。

本发明的优点在于以酸性阳离子交换树脂作为一种在溶液中可离解出H⁺ 而呈酸性的催化剂，克服了液体酸反应的缺点，具有可重复使用、设备腐蚀性小、对纤维素降解损伤小，环境污染小等优点。同时结合超声波这种特殊的能量形式，利用其产生的能量、局部高温、高压及空化作用，增加纤维素表面积，促进试剂在其中的渗透扩散，提高纤维素功能基团的可及性。

具体实施方式

以下是本发明的几个具体实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

称取2 g微晶纤维素，将其与大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂以1: 8的比例加入250ml去离子水中，在50℃下，搅拌、超声处理3h。催化水解完成后，滤出离子交换树脂，并分离出纤维素样品，然后在12000r/min高速离心下进一步分离提纯样品，出现乳白色胶体即为纳米晶体纤维素I。

实施例2

称取2 g棉短绒，将其溶于250 ml ZnCl_２水溶液中，再与酸性丙烯酸系阳离子交换树脂以1:8的比例混合，微波处理1 h。催化水解完成后，滤出离子交换树脂，并分离出纤维素样品，然后在10000 r/min高速离心下进一步分离提纯样品，出现乳白色胶体即为纳米晶体纤维素I。

实施例3

称取2 g微晶纤维素，将其溶于250 ml ZnCl_２水溶液中，再与大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂以1:10的比例混合，在60 ℃下，搅拌、超声处理2.5 h。催化水解完成后，滤出离子交换树脂，并分离得到纤维素样品，然后在10000 r/min高速离心下进一步分离提纯样品，出现乳白色胶体即为纳米晶体纤维素I。

实施例4

称取2 g化学浆，将其溶于250 ml ZnCl_２水溶液中，再与酸性酚醛系阳离子交换树脂以1:10的比例混合，微波处理1.5 h。催化水解完成后，滤出离子交换树脂，并分离得到纤维素样品，然后在12000 r/min高速离心下进一步分离提纯样品，出现乳白色胶体即为纳米晶体纤维素I。