[发明专利]一种咖啡渣衍生纳米纤维素及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子领域，公开了一种干法制备的咖啡渣衍生纳米纤维素及其制备方法和应用。本发明以咖啡渣为原料，先将原始咖啡渣去杂质化处理，然后在不含水的条件下对去杂质化后的咖啡渣进行润胀处理，润胀处理结束后进行粉碎处理，粉碎后进行纳米纤维素的提取，即得到所述咖啡渣衍生纳米纤维素。本发明制备的咖啡渣衍生纳米纤维素团聚程度低，可以很好的分散在油类物质、非极性溶液、工程塑料等中，分散液中固含量达到15％，分散液在室温下静置15天不沉降。

技术领域

本发明属于高分子领域，特别涉及一种干法制备的咖啡渣衍生纳米纤维素及其制备方法和应用。

背景技术

咖啡作为仅次于石油的全球贸易品，每年约有近千万吨的咖啡原豆产量。咖啡豆历经蒸煮后，其干物质超过90％为工艺副产物——咖啡渣。咖啡渣中富含多种多糖物质，如木素、纤维素、半纤维素等，拥有较高的利用价值。其中纤维素与半纤维素占据约45.3％的干粉重量，使存量丰富、来源广泛且价格低廉的咖啡渣成为提取纳米纤维素的优质原材料。

纤维素是天然的高分子物质，当达到纳米尺度时，不仅具有纤维素不溶于水、可生物降解等特性，同时还拥有纳米材料小尺寸效应、量子隧道效应等性质，因此在增强复合材料、过滤分离、催化剂载体等方面展现出广阔的应用前景。目前，从天然纤维素中制备纳米纤维素的方法主要有四种，分别为化学法、物理法、物理化学法以及生物法。在实际生产中，出于得率与效率的考虑，常采用物理化学法制备，尤其是在利用生物质提取纳米纤维素的过程。

中国专利公开文本CN108641114A公开了一种纳米细菌纤维素晶须的制备方法。首先，将由木醋杆菌发酵得到的细菌纤维素用氢氧化钠与过氧化氢的混合溶液浸泡，再用去离子水洗净得到灭菌清洗后的细菌纤维素。进一步将其烘干后，放入酸溶液中静置至完全溶胀状态，并在超声条件下恒温搅拌，使反应充分进行。反应得到的产物用去离子水多次洗涤后，经透析、超声分散后得到纳米细菌纤维素晶须胶体。

目前，在纳米纤维素的制备中，无论是化学法还是机械法，抑或是生物法，都无法脱离水的存在。而由水相提取的纳米纤维素无法再分散于油类分散剂中，严重限制了纳米纤维素的进一步应用。再则，纳米纤维素在水中的分散性较差，单位质量的纳米纤维素需要较多的水以流通于生产周期，致使其在生产、存储及运输过程中的成本增加。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种在不含水的条件下，以去杂质化的咖啡渣为原料干法制备纳米纤维素的方法。本发明所述干法制备具体指润胀及细小化纤维(即润胀后的粉碎处理)和纤维素提取的过程中不使用水作为介质。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的咖啡渣衍生纳米纤维素。

本发明再一目的在于提供上述咖啡渣衍生纳米纤维素在工程塑料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种干法制备咖啡渣衍生纳米纤维素的方法，先将咖啡渣去杂质化处理，然后对去杂质化后的咖啡渣进行润胀处理，润胀处理结束后进行粉碎处理，粉碎后进行纳米纤维素的提取，具体包括以下步骤：

(1)将咖啡渣去杂质化处理：

(1.1)先将咖啡渣在氢氧化钠水溶液中80～100℃下处理1～3小时，取出清洗干燥后再在过氧化氢水溶液中80～100℃下处理1～6小时，再水洗至滤液为中性，干燥后备用；

(1.2)或者用以下方法进行去杂质化处理：将氯化胆碱与甘油以摩尔比1:1～1:3混合后在80～100℃下加热至澄清透明，得到DES体系；将咖啡渣加入到上述制备的DES体系中，咖啡渣与DES质量比为1:5～1:10，在80～100℃下连续搅拌，反应1～3h；反应完成后，将处理后的咖啡渣用去离子水洗涤至中性，制得改性的漂白咖啡渣；