[发明专利]木质纤维素的改性及应用

说明书

本发明提供一种薄层改性木质纤维素的制备方法、改性纤维素纳米纤维丝的制备方法、薄层改性木质纤维素的制备方法所得到的反应副产物低共熔溶剂残液作为植物生长调节剂的应用、薄层改性木质纤维素的制备方法所得到的薄层状改性木质纤维素作为结构材料和/或透明材料的应用以及改性纤维素纳米纤维丝的制备方法所得到的改性纤维素纳米纤维丝在果蔬保鲜以及干涉膜制备方面的应用。本发明可以在常压及温和的条件下即可实现木质纤维素的改性，并使木质纤维素易解纤成纤维素纳米纤丝，反应过程无需处理副产物，达到了环境友好、降低成本和能耗，所得的薄层状改性木质纤维素以及反应副产物低共熔溶剂残液、改性纤维素纳米纤维丝具有多功能、高性能的特点。

技术领域

本发明属于植物纤维材料领域，涉及木质纤维素的改性及应用，特别是涉及一种薄层改性木质纤维素、改性纤维素纳米纤维丝的制备方法以及应用。

背景技术

木质纤维素主要来源于植物细胞壁，是储量最为丰富的生物质资源，其综合利用的潜能巨大。得益于多层次结构，植物细胞壁可以通过“自上而下”的剥离提取得到高性能的纤维素纳米纤丝材料。纤维素纳米纤丝具有力学性能优异、比表面积大、热膨胀系数小、热稳定性良好和密度低等特性，在纳米复合材料、生物医药材料和光、电材料等领域具有广阔的应用前景。然而，由于木质纤维素生物质组分的复杂性和结构的稳定性，纤维素纳米纤丝的高效制备、改性与应用还存在许多技术难题。

传统的纤维素纳米纤丝材料制备的代表性技术有机械法和化学法。机械法是高耗能过程，化学法需使用大量的化学品，并需处理酸、碱、盐或氧化剂等反应副产物。能耗与化学品后处理两个因素使得纤维素纳米纤丝的成本高昂，制约了大规模应用。另外，纤维素纳米纤丝的性能与应用未得到充分探索。介于植物细胞壁微纤维和纤维素纳米纤丝之间的薄层状结构被长期忽视。因此，低能耗、无需后处理的纤维素纳米纤丝制备与改性技术，纤维素纳米纤丝的新性能与应用，植物细胞壁的层状结构代表着木质纤维素材料的发展方向。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种薄层状改性木质纤维素的制备方法。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

一种薄层状改性木质纤维素的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)、反应型低共熔溶剂的制备：

将一定化学计量比的氢键受体和氢键供体混合加热，加热温度为70～90℃，加热时间为15～30分钟，形成低共熔溶剂；

所述氢键受体为含环氧基团的季铵盐类化合物；所述氢键供体为碳酰胺类化合物；

2)、木质纤维素的表面化学改性：

将木质纤维素原料投入所得低共熔溶剂中，固液比为1:10～1:20，加入0～5％的碱性催化剂，将整个反应体系至于90～120℃条件下，反应30～240min，并进行连续磁力搅拌；

反应结束后，用水稀释，通过抽滤实现固液分离，保存液相的低共熔溶剂残液，用大量水洗涤固相，得到薄层状的改性木质纤维素。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：步骤1)中，所述氢键受体为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，所述氢键供体为尿素。

作为本发明的优选技术方案：步骤2)中，所述木质纤维素原料为生物质为针叶木、阔叶木或禾草类中的一种，所述木质纤维素原料中纤维素含量为30～95％，木质素含量为0.1～30％。

作为本发明的优选技术方案：步骤2)中，所述碱性催化剂为弱酸强碱盐或者强碱。

作为本发明的优选技术方案：所述弱酸强碱盐为碳酸钾或者碳酸钠；所述强碱为氢氧化钾或者氢氧化钠。