[发明专利]一锅法制备低取代度乙酰化纳米纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于低取代度乙酰化纳米纤维素的制备领域，具体涉及一锅法制备低取代度乙酰化纳米纤维素的方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的资源，同时它还具有可再生、可生物降解、生物相容性、环境友好等优点。纳米纤维素是一种直径为1-100nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，具有比较高的长径比、高结晶度、高杨氏模量、高强度、轻质可降解、生物相容性及可再生等优点，在可降解聚合物基的复合材料、食品、药品和化妆品等领域具有很大的应用价值。

目前，制备纳米纤维素的主要方法是，以天然纤维素或者微晶纤维素为原料，采用酸水解、物理机械、生物法和化学人工合成等方法。其中64%的H₂SO₄水解得到的纳米纤维素的水分散效果、颗粒的长径比、均一性都比较好，得到了广大科研工作者和准备工业化纳米纤维素厂家的青睐。但是硫酸法制备的纳米纤维素在干燥的过程中，由于氢键的作用会发生较为严重的絮聚，使其不能稳定的再分散到水中。即使经过超强超声的处理，也无法使其达到干燥前的状态，这极大地限制了纳米纤维素的运输和应用。因此，开发一种新型的、易于再分散的纳米纤维素是其工业化过程中十分必要的。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种一锅法制备低取代度乙酰化纳米纤维素的方法，该方法能制备易于再分散的低取代度乙酰化纳米纤维素，因此能有效的解决纳米纤维素干燥再分散的问题。由于乙酰化纳米纤维素具有高强度、大的比表面积、良好的生物相容性和可降解性，因此其在聚合物的增强填料、药物包装、食品添加和化妆品等领域具有巨大的潜在应用。

一锅法制备低取代度乙酰化纳米纤维素的方法，包括以下步骤：

（1）将微晶纤维素用氢氧化钠溶液进行活化处理，然后用水洗至中性，干燥备用；

（2）将活化处理后干燥的微晶纤维素、乙酸、乙酸酐、浓硫酸依次加入反应装置中进行乙酰化反应；

（3）反应完成后，向反应混合液中加入冷水终止反应，然后将所得混合液倒入透析袋中在水中透析，再冷冻干燥得到低取代度乙酰化纳米纤维素。

优选的，步骤（1）所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10～16%；所述活化处理的时间为20-30h。

优选的，步骤（1）所述的水洗是采用高速离心机离心洗涤。

优选的，步骤（2）所述乙酰化反应的时间为10～60min，温度为60～95℃。

进一步优选的，所述乙酰化反应的时间为30min，温度为85℃。

优选的，步骤（2）所述微晶纤维素与乙酸的质量体积比为1 g:（10～30）ml，所述微晶纤维素与乙酸酐的质量体积比为1 g:（1～2）ml，所述微晶纤维素与浓硫酸的质量体积比为1 g:（0.5～1.5）ml。

优选的，步骤（3）所述冷水的用量是与反应结束时反应液等体积。

优选的，步骤（3）所述透析的时间为5～10天。

优选的，步骤（3）所述透析是指在整个透析的过程中每隔3-6个小时要换一次透析所用的蒸馏水。

优选的，步骤（3）所得乙酰化纳米纤维素的取代度为0.1～0.3。

优选的，步骤（1）、步骤（3）所述的水均为蒸馏水。

优选的，一锅法制备低取代度乙酰化纳米纤维素的方法，包含以下具体步骤：

将微晶纤维素（MCC）用质量分数为10~16%的氢氧化钠溶液进行活化处理，然后用蒸馏水洗至中性，干燥备用；

将活化了的微晶纤维素、乙酸、乙酸酐、浓硫酸分别加入反应装置中进行乙酰化反应，反应时间为10～60min，反应温度为60~95℃。所述微晶纤维素与乙酸的质量体积比为1:10～30，所述微晶纤维素与乙酸酐的质量体积比为1:1～2，所述微晶纤维素与浓硫酸的质量体积比为1:0.5～1.5。

反应完成后，往反应混合液中加入与反应液等体积的冷水终止反应。然后将混合液倒入透析袋中，在蒸馏水中透析一周，每隔3～5小时更换一次水，透析后的样品经冷冻干燥得到产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明用弱酸（乙酸）代替了大部分浓硫酸，降低了反应体系对设备耐腐性要求，同时乙酸的挥发性好，有利于酸回收利用。

2、本发明得到的低取代度的乙酰化纳米纤维素再经过冷冻干燥后，不需要经过高速乳化、超声等手段，仅使用普通搅拌就可分散到水中，这既解决了运输问题，又解决了纳米纤维素再分散的问题。

具体实施方式