專利名稱：一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法。屬于生物質納米纖維技術領域。
背景技術：
生物質纖維素納米纖絲的分離過程主要包括預處理和機械分離。整個分離過程中運用了兩種主要的處理方式機械處理和化學處理。機械處理中雖然消耗一定的能量，但是卻可以充分利用原材料；化學處理中，只利用了一半左右的原材料，去除另一半原材料，但是實驗中的攪拌將促進生成化學熱量并有效的去除雜質，這種燃燒熱是整個化學作用過程中所消耗的能量，目前有一種氧化預處理的方法，即用TEMPO為媒介催化氧化來制備纖維素納米纖絲。TEMPO氧化是天然纖維素表面改性的一種好方法，天然纖維在溫和水溶液的環境中引入了羧基和醛基官能團，這種方法制備的纖維對原材料的選擇要求較高。TEMPO媒·介氧化后的生物質纖維素納米纖絲的形態不發生改變，氧化只在微纖絲的表面發生并使之帶負電，這樣纖絲與纖絲之間發生排斥，從而降低纖絲間的氫鍵作用力，最終發生微纖化。這種方法條件溫和，有效的去除了木質素，但是其生產成本過高。結合機械處理和酶預處理制備纖維素納米纖絲，首先用精磨機精磨以增加細胞壁的可及性，然后再進行酶處理，接著再精磨一次，最后將纖維素漿倒入高壓均質機中均質。從成本和設備角度出發，生物預處理顯示了獨特的優勢，可用專一的木質酶處理原料以分解木質素和提高木質素消化率，但是生物預處理后水解得率很低。
發明內容
本發明提出的的是一種棉花纖維素納米纖絲的制備方法，采用化學預處理結合機械分離法制備生物質纖維素納米纖絲，然后將生物質纖維素納米
纖絲懸濁液制備成薄膜。本發明技術解決方案棉花纖維素納米纖絲的制備方法，包括如下工藝步驟，一、化學預處理；二、機械分離；三、制備薄膜。本發明的積極效果通過酸堿預處理結合研磨棉花來制備纖維素納米纖絲，在酸堿預處理中用到的都是濃度很低的酸堿水溶液，相對于強酸預處理的反應溫和，主要用亞氯酸鈉在酸性條件下以除去半纖維素，直到過濾液成中性，這樣得到純化纖維素纖維；最后用稀鹽酸對纖維素進行開纖處理。開纖處理是為了降低纖絲內部間氫鍵作用力，從而在經過機械處理后得到高長徑比的生物質纖維素納米纖絲。利用鹽酸處理后，有助于除去纖維中的礦物質，此外，鹽酸處理還可對純化纖維素中的堿不溶半纖維素產生影響，能夠起到進一步純化纖維素纖維的效果。提取過程中的化學組分可以通過傅里葉變換紅外進行檢測。機械處理中，研磨處理簡單易操作，可以進行大批量生產。棉纖維素納米纖絲膜的彈性模量為 3463. 23MPa，拉伸強度為 87. 38MPa。
具體實施方式
實施例棉花纖維素納米纖絲的提取
一、化學預處理，
1)精確稱量出4g棉花；
2)將稱量好的棉花移入250ml的燒杯中，加入IOOml蒸餾水、O.5ml冰醋酸和O. 6g亞氯酸鈉，用玻璃棒攪拌均勻，用保鮮膜封住杯口，放入75°C恒溫水浴鍋中加熱lh，杯中放入磁石進行不斷攪拌，使得反應更加充分，I小時后用真空抽濾泵和布氏漏斗進行過濾，并用蒸餾水不斷洗滌試樣直到過濾液成中性，即綜纖維素纖維；
3)將棕纖維素纖維裝入250ml燒杯中，倒入IOOml質量濃度為4%的氫氧化鉀溶液，用·保鮮膜封住杯口后放入90°C恒溫水浴鍋中加熱2h，并在杯中放入磁石不斷攪拌，2h后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復洗滌，以除去半纖維素，直到過濾液成中性，這樣得到純化纖維素纖維；
4)將純化纖維素纖維倒入250ml燒杯中，加入IOOml濃度為1%的HC1，用保鮮膜封住杯口，放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2h，并用磁石進行攪拌，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復洗滌，直到過濾液成中性；
5)將成中性的濾液配置成質量濃度為1%的水懸濁液，然后進行研磨處理磨盤之間間隙為0，研磨次數為30次，研磨轉速為1500rpm，即制得樣品；
以上各操作過程中的木質纖維始終保持水潤脹狀態，以防止纖絲間的聚集。二、機械分離，
采用的機械分離方法是研磨法將前述中化學預處理后的樣品配置成1%質量濃度的懸濁液后加入到250ml的燒杯中，在研磨機出料口放置一個250ml的空燒杯以盛放出料樣品，空燒杯要浸入到裝有冰水的容器中，以防止研磨樣品溫度過高發生降解，打開研磨機開關，轉速設定為1500rpm，旋轉研磨轉盤距離旋鈕，當刻度達到O時倒入樣品，研磨30次，即制得棉花纖維素納米纖絲；
所述的制得棉花纖維素納米纖絲，通過四種不同的方法制得棉花纖維素納米纖絲，第一種，纖維素纖維經過研磨機預處理30min，得到纖維素微米纖維素，之后利用細胞粉碎機(現有)超聲處理60min，得到棉花纖維素納米纖絲；第二種，纖維素纖維經過研磨機預處理30min,之后將得到的微米纖維素在高壓均質機(現有)均質8次，得到棉花纖維素納米纖絲；第三種，纖維素纖維在研磨機中研磨60min得到棉花纖維素納米纖絲；第四種，纖維素纖維在細胞粉碎機中預處理60min，之后在高壓均質機中均質8次，得到棉花纖維素納米纖絲。機械分離方法中的棉花纖維始終保持水潤脹狀態，以防止纖絲間的聚集。三、制備成膜
1)將機械分離后的棉花纖維素納米纖絲，取200ml；
2)利用真空抽濾泵和布氏漏斗進行抽濾，樣品因失水而成棉花纖維素納米纖絲薄膜，棉花纖維素納米纖絲薄膜直徑為90mm ；
3)將棉花纖維素納米纖絲薄膜用兩塊玻璃板平壓夾持，放入干燥箱中55°C烘干，烘干48小時。棉花纖維素納米纖絲薄膜的彈性模量為3463. 23MPa，拉伸強度為87. 38MPa。納米纖維素的應用
納米纖維素作為聚合物基體的增強劑成為現在研究的熱點，其被廣泛用作填充物，以提高塑料、橡膠和其他產品的強度、韌度等性能。在表面功能性與調控方面可用于具有疏水性或者親水性的生物傳感器。納米纖維素在醫學方面可以用于人造皮膚、人工血管、神經縫合的保護蓋罩、訓練用微手術模型、動物傷口敷料等領域。納米纖維素在做細胞工程支架材料時，其作用是提供傳導性能和結構支撐，并改進支架的多孔性；在藥品封裝中使用，可控制活性組分的傳輸。聚合物納米纖維材料也可用于人體皮膚創傷和燒傷處理，而作為止血材料亦具有獨特的性能。采用靜電紡絲的方式將生物可降解聚合物直接噴灑于人體皮膚的損傷部位，形成纖維網狀包扎層，可促進皮膚組織生長而使傷口愈合，同時可減輕或消除傳統創傷處理方式造成的疤痕。光學性能方面，利用它的增強性能可以開發出新型的柔性顯·示器、印刷電子器件顯示器、太陽能電池、燃料電池、醫療傳感器以及精密光學儀器及配件等。最近稻草(含有纖維素)被用來生產纖維，進而紡成織物，類似棉花或亞麻，而且可在普通的紡織機器上紡織，用羽毛和稻草生產出來的布適用于地毯、汽車和建筑，成本更低，性能更好。
權利要求
1.一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟，一、化學預處理；二、機械分離；三、制備薄膜。
2.根據權利要求I所述的一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，其特征是所述的化學預處理工藝步驟一，包括 1)精確稱量出4g棉花； 2)將棉花移入250ml的燒杯中，加入IOOml蒸餾水、0.5ml冰醋酸和0. 6g亞氯酸鈉，用玻璃棒攪拌均勻，用保鮮膜封住杯口，放入75°C恒溫水浴鍋中加熱lh，杯中放入磁石進行不斷攪拌，使得反應更加充分，攪拌I小時后用真空抽濾泵和布氏漏斗進行過濾，并用蒸餾水不斷洗滌試樣直到過濾液成中性；制得棕纖維素纖維； 3)將棕纖維素纖維裝入250ml燒杯中，倒入IOOml質量濃度為4%的氫氧化鉀溶液，用保鮮膜封住杯口后放入90°C恒溫水浴鍋中加熱2小時，并在杯中放入磁石不斷攪拌，攪拌2小時后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復洗滌，以除去半纖維素，直到過濾液成中性，這樣得到純化纖維素纖維； 4)將純化纖維素纖維倒入250ml燒杯中，加入IOOml濃度為1%的HC1，用保鮮膜封住杯口，放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2h，并用磁石進行攪拌，然后用真空抽濾泵和布氏漏斗過濾，并用蒸餾水反復洗滌，直到過濾液成中性； 5)將成中性的過濾液配置成質量濃度為1%的水懸濁液，然后進行研磨處理磨盤之間間隙為0，研磨次數為30次，研磨轉速為1500rpm ;即制得樣品；操作過程中的棉花纖維始終保持水潤脹狀態，以防止纖絲間的聚集。
3.根據權利要求I所述的一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，其特征是所述的機械分離工藝步驟二，采用研磨法將前述中化學預處理后的樣品配置成1%質量濃度的懸濁液后加入到250ml的燒杯中，在研磨機出料口放置一個250ml的空燒杯以盛放出料樣品，空燒杯要浸入到裝有冰水的容器中，以防止研磨樣品溫度過高發生降解，打開研磨機開關，轉速設定為1500rpm，旋轉研磨轉盤距離旋鈕，當刻度達到0時倒入樣品，研磨30次，制得棉花纖維素納米纖絲，機械分離方法中的棉花纖維始終保持水潤脹狀態，以防止纖絲間的聚集。
4.根據權利要求3所述的一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，其特征是所述的制得棉花纖維素納米纖絲，通過四種不同的方法制得棉花纖維素納米纖絲，第一種，纖維素纖維經過研磨機預處理30min，得到纖維素微米纖維素，之后利用細胞粉碎機超聲處理60min，得到棉花纖維素納米纖絲；第二種，纖維素纖維經過研磨機預處理30min，之后將得到的微米纖維素在高壓均質機中均質8次，得到棉花纖維素納米纖絲；第三種，纖維素纖維在研磨機中研磨60min得到棉花纖維素納米纖絲；第四種，纖維素纖維在細胞粉碎機中預處理60min，之后在高壓均質機中均質8次，得到棉花纖維素納米纖絲。
5.根據權利要求I所述的一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，其特征是所述的制備成膜工藝步驟三，包括 1)將機械分離后的棉花纖維素納米纖絲，取200ml； 2)利用真空抽濾泵和布氏漏斗進行抽濾，樣品因失水而成棉花纖維素納米纖絲薄膜，棉花纖維素納米纖絲薄膜直徑為90mm ； 3)將棉花纖維素納米纖絲薄膜用兩塊玻璃板平壓夾持放入干燥箱中55°C烘干，烘干.48 小時。
全文摘要
本發明是一種棉花纖維素納米纖絲薄膜的制備方法，工藝步驟包括，一、化學預處理、二、機械分離、三、制備薄膜。優點本發明是通過酸堿預處理結合研磨木粉制備而成，主要用亞氯酸鈉在酸性條件下去除木粉中的木質素，再用稀釋的氫氧化鉀去除木粉中半纖維素，剩下的基本是纖維素，最后用稀鹽酸對纖維素進行開纖處理。開纖處理降低了纖絲內部之間氫鍵作用力，得到高長徑比的生物質纖維素納米纖絲。利用鹽酸處理除去了纖維中的礦物質，對純化纖維素中的堿不溶半纖維素產生影響，純化纖維素纖維的效果。化學組分通過傅里葉變換紅外進行檢測。研磨處理簡單易操作，可進行大批量生產。彈性模量為3463.23MPa，拉伸強度為87.38MPa。
文檔編號D06M11/30GK102787518SQ201210282630
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者李大綱, 李明珠, 李雪婷, 潘佳, 胡月, 薛瑩瑩, 陳振東 申請人:南京林業大學, 李大綱