[发明专利]一种纳米纤维素、制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种纳米纤维素的制备方法，所述制备方法包括：(1)将纤维素原料分散在水中，得到原料分散液；(2)将所述原料分散液置于砂磨机中进行砂磨，得到砂磨产物；(3)将砂磨产物进行高压均质机均质，得到纳米纤维素分散液。本发明结合砂磨和高压均质手段，将纤维素原料先砂磨成纤维素颗粒，再将纤维素颗粒进入高压均质机，进行剥离，能够在不加入化学试剂(如剥离剂等)的前提下，得到化学手段才能够获得的纳米纤维素的尺寸。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种纳米纤维素、制备方法及用途。

背景技术

随着社会经济的不断发展，石油、煤炭等不可再生资源日益匮乏，环境污染等问题日益突出，以及各国对环境问题的日益重视及对绿色化学的呼吁，可再生资源在各个领域中的应用越来越受到重视。纤维素作为自然界中最为丰富的一种天然高分子材料，逐渐走进人们的视野。纤维素是由植物通过光合作用合成，广泛存在于自然界中，是一种可降解无污染的天然高分子材料。纳米纤维素不但具有天然纤维素的基本结构和性能，如可持续再生性、生物降解性等，而且具有纳米粒子的一些特性，如大的比表面积、高结晶度、高纯度和高透明性等，纳米纤维素具有的一系列独特性质，使其在纳米复合材料、精细化工、电子产业、新能源、医药、卫生等领域得到广泛应用，也在生物医疗、生物影像、气体阻隔薄膜及透明光学功能材料方面显示了巨大的应用潜能。

纳米纤维素常见的制备方法有化学法、机械法、生物法和人工合成法。化学法制备纳米纤维素需要使用大量的化学试剂，对环境影响大；生物法制备纳米纤维素操作复杂，耗时长，成本高；人工合成法制备的纳米纤维素聚合度低，分子量低，难以达到高度聚合的织态结构；机械法制备纳米纤维素不需要化学试剂，对环境影响小，但存在：1)采用高压均质法制备过程中易堵塞，耗能高，处理时间长，生产效率低；2)球磨法制备纳米纤维素不连续、后续分离困难，制备的纳米纤维素的浓度低；3)盘磨机制备的纳米纤维素达不到所要求得尺寸，且当纳米纤维素浓度稍高时，难以出料，机器磨损大等问题。且采用以上机械法制备的产品达不到纳米级别。

CN105625077A公开了一种纳米纤维素的制备方法，该发明过程中使用硫酸，对环境影响较大；CN105369663A公开了一种高效率、低能耗制备纳米纤维素的方法，可提高生产效率，但制备过程中仍使用大量的化学试剂；CN105646721A公开了一种纳米纤维素纤丝的制备方法，制备过程中不使用催化剂，对环境友好，但制备的纳米纤维素的浓度低。

本领域需要开发一种纳米纤维素的制备方法，所述方法能够仅使用物理方法就可以达到化学剥离纳米纤维素的直径尺寸，减少了环境污染，且能够获得小尺寸纳米纤维素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米纤维素的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

(1)将纤维素原料分散在水中，得到原料分散液；

(2)将所述原料分散液置于砂磨机中进行砂磨，得到砂磨产物；

(3)将砂磨产物进行高压均质机均质，得到纳米纤维素分散液。

本发明提供的纳米纤维素的制备方法，结合砂磨和高压均质手段，首先使纳米纤维素破碎成纤维素颗粒，之后将砂磨后的纤维素颗粒置于高压均质机中，对纤维素颗粒剥离得到纳米纤维素分散液。

优选地，所述纳米纤维素的直径为2～60nm，长径比≥200。

优选地，所述纳米纤维素的直径为5～15nm，例如6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm等。

本发明限定的纳米纤维素的直径为纳米纤维素的D90直径，即90％的纳米纤维素的直径都在D90直径以下。

优选地，所述纳米纤维素分散液的浓度为5～7wt％，例如5.5wt％、6.0wt％、6.5wt％等。