專利名稱：一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米纖維素粉體的制備方法。
背景技術：
納米纖維素是一種新型的高分子材料，具有獨特的結構和良好的性能，可作為納米增強劑應用于建筑材料等產業領域。但是現有的用無機酸水解法制備的納米纖維素分散性差，如當此納米纖維素加入到水中時，僅有I %左右的納米纖維素可以很好的分散在水中，制備分散效果較好的懸浮液，當納米纖維素的加入量再增加后，納米纖維素會沉積，限制了納米纖維素的應用范圍。
發明內容
本發明是要解決現有的無機酸水解法制備的納米纖維素快速分散性差的技術問題，而提供一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法。本發明的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，按以下步驟進行一、納米纖維素的制備按Ig 3g微晶纖維素加入IOOmL質量百分含量為50%的硫酸溶液的比例，將微晶纖維素加入到質量百分含量為50%的硫酸溶液中，在溫度為50°C 的條件下酸解反應2. 0h，得到納米纖維素懸浮液，離心分離后，將固相物用去離子水洗滌至中性，得到納米纖維素；二、納米纖維素的乳化按納米纖維素的質量百分含量為I. 0%，將經步驟一得到的納米纖維素中加入去離子水，得到納米纖維素水分散液；再將質量為納米纖維素質量的 5% 30%的聚乙二醇加入到納米纖維素水分散液中，在溫度為30°C 80°C、攪拌速度為 100r/min 800r/min的條件下加熱攪拌5min 30min,得到乳化納米纖維素水分散液；三、冰凍凝膠化按1，4- 二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 5 20的比例，并在攪拌速度為100r/min 800r/min的條件下，將1，4_ 二氧六環以60滴/min 180滴/min的速度滴入步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液中，滴加完畢后，再繼續攪拌5min 30min，得到混合分散液，將混合分散液放入冷凍溫度為-10°C -20°C的冷凍室中冷卻2. Oh 12. 0h，得到冷凍凝膠；四、冷凍干燥將步驟三得到的冷凍凝膠，在真空度為20Pa、冷肼溫度為_50°C的冷凍干燥機中冷凍干燥12. Oh 20. 0h，得到納米纖維素快速分散粉體。步驟二中所述的聚乙二醇的分子量為2000、4000、6000、8000、10000或20000。本發明的納米纖維素快速分散粉體是在納米纖維素表面吸附聚乙二醇，從而在納米纖維素表面形成聚乙二醇包覆層，添加1，4_ 二氧六環，避免出現因冷凍階段聚乙二醇溶解度銳減脫離納米纖維素表面，得到納米纖維素/聚乙二醇/1，4_ 二氧六環/水混合冰凍凝膠，再經過冷凍干燥除水和1，4_ 二氧六環，得到包裹一層聚乙二醇的納米纖維素蓬松固體；聚乙二醇能使所制備的納米纖維素固體快速分散形成懸浮溶液。本發明的納米纖維素快速分散粉體可快速分散于去離子水、無水乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺或乙酸中。分散方法為按納米纖維素快速分散粉體與溶劑的體積比為I : 20 100的比例將納米纖維素快速分散粉體加入到溶劑中，以100r/min 1000r/min速度攪拌Imin IOmin,完成納米纖維素快速分散粉體的分散。其中本發明的納米纖維素快速分散粉體加入溶劑中后，在攪拌2min情況下，在去離子水中快速分散效果最好，可分散在水中的納米纖維素的質量含量可達5% ;在DMF有機溶劑中較差，固含量可達O. 2%左右。本發明在不改變纖維素本身特性的前提下制備納米纖維素快速分散粉體的方法簡單，易操作，制備成本低。本發明方法中的微晶纖維素可來源于木漿、草漿、竹漿以及農業稻桿等。本發明制備的納米纖維素快速分散粉體在不同溶劑中能快速達到納米級的分散， 可作為納米增強劑應用于建筑材料等產業領域。
圖I為試驗一經步驟一得到的納米纖維素的透射電子顯微鏡圖；圖2為試驗一經步驟一得到的納米纖維素的粒度分布圖；圖3為試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體的環境掃描電子顯微鏡圖；圖4為試驗一中聚乙二醇、步驟一制備的納米纖維素和經步驟四得到納米纖維素快速分散粉體的傅里葉變換紅外光譜圖；其中a為分子量為4000的聚乙二醇的傅里葉變換紅外光譜，b為納米纖維素快速分散粉體的傅里葉變換紅外光譜，c為步驟一制備的納米纖維素的傅里葉變換紅外光譜；圖5為試驗一中以水為溶劑的乳白色納米纖維素懸浮溶液的粒度分布圖；圖6為試驗一中以二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑的乳白色納米纖維素懸浮溶液的粒度分布圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，按以下步驟進行一、納米纖維素的制備按Ig 3g微晶纖維素加入IOOmL質量百分含量為50%的硫酸溶液的比例，將微晶纖維素加入到質量百分含量為50%的硫酸溶液中，在溫度為50°C 的條件下酸解反應2. 0h，得到納米纖維素懸浮液，離心分離后，將固相物用去離子水洗滌至中性，得到納米纖維素；二、納米纖維素的乳化按納米纖維素的質量百分含量為I. 0%，將經步驟一得到的納米纖維素中加入去離子水，得到納米纖維素水分散液；再將質量為納米纖維素質量的 5% 30%的聚乙二醇加入到納米纖維素水分散液中，在溫度為30°C 80°C、攪拌速度為 100r/min 800r/min的條件下加熱攪拌5min 30min,得到乳化納米纖維素水分散液；三、冰凍凝膠化按1，4- 二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 5 20的比例，并在攪拌速度為100r/min 800r/min的條件下，將1，4_ 二氧六環以60滴/min 180滴/min的速度滴入步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液中，滴加完畢后，再繼續攪拌5min 30min，得到混合分散液，將混合分散液放入冷凍溫度為-10°c -20°c的冷凍室中冷卻2. Oh 12. 0h，得到冷凍凝膠；四、冷凍干燥將步驟三得到的冷凍凝膠，在真空度為20Pa、冷肼溫度為_50°C的冷凍干燥機中冷凍干燥12. Oh 20. 0h，得到納米纖維素快速分散粉體。本實施方式制備的納米纖維素快速分散粉體可快速分散于去離子水、無水乙醇、 二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺或乙酸中。分散方法為按納米纖維素快速分散粉體與溶劑的體積比為I : 20 100的比例將納米纖維素快速分散粉體加入到溶劑中，以IOOr/ min 1000r/min速度攪拌Imin IOmin,完成納米纖維素快速分散粉體的分散。其中本發明的納米纖維素快速分散粉體加入溶劑中后，在攪拌2min情況下，在去離子水中快速分散效果最好，可分散在水中的納米纖維素的質量含量可達5% ;在DMF有機溶劑中較差，固含量可達0. 2%。本實施方式在不改變纖維素本身特性的前提下制備納米纖維素快速分散粉體的方法簡單，易操作，制備成本低。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中聚乙二醇的質量為納米纖維素質量的10% 25%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中聚乙二醇的質量為納米纖維素質量的20%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三中1， 4-二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 10 18、攪拌速度為200r/min 700r/min。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三中1， 4-二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 15、攪拌速度為 400r/min。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟三中滴加完畢后繼續攪拌IOmin 25min。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是滴加完畢后繼續攪拌20min。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟三中冷凍溫度為_12°C -18°C、冷卻時間為4h 10h。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟四中冷凍干燥時間為15h 18h。其它與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟二中所述的聚乙二醇的分子量為2000 20000 ;其它與具體實施方式
一至九之一相同。用以下試驗試驗證本發明的有益效果試驗一本試驗一的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，按以下步驟進一、納米纖維素的制備將2g微晶纖維素加入到IOOmL質量百分含量為50%的硫酸溶液中，在溫度為50°C的條件下酸解反應2. 0h，得到納米纖維素懸浮液，離心分離后，將固相物用去離子水洗滌至中性，得到納米纖維素；二、納米纖維素的乳化按納米纖維素的質量百分含量為I. 0%，將經步驟一得到的納米纖維素中加入去離子水，得到納米纖維素水分散液；再將0. 2g分子量為4000的聚乙二醇加入到納米纖維素水分散液中，在溫度為50°C、攪拌速度為500r/min的條件下加熱攪拌20min，得到乳化納米纖維素水分散液；三、冰凍凝膠化按1，4- 二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 15的比例，并在攪拌速度為500r/min的條件下，將1，4_ 二氧六環以100滴/ min的速度滴入步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液中，滴加完畢后繼續攪拌20min，得到混合分散液，將混合分散液放入冷凍溫度為_15°C的冷凍室中冷卻10h，得到冷凍凝膠；四、冷凍干燥將步驟三得到的冷凍凝膠，在真空度為20Pa、冷肼溫度為_50°C的冷凍干燥機中冷凍干燥12h，得到納米纖維素快速分散粉體。本試驗一經步驟一得到的納米纖維素的透射電子顯微鏡圖如圖I所示，從圖I可以看出步驟一制備納米纖維素呈棒狀，交織成網狀。本試驗一經步驟一得到的納米纖維素的粒度分布圖如圖2所示，從圖2可以看出， 經步驟一得到的納米纖維素粒度分布不均勻，平均粒徑為144. 6nm ；本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體的環境掃描電子顯微鏡圖如圖3所示， 從圖3可以看出，本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體呈顆粒狀。將聚乙二醇、步驟一制備的納米纖維素和經步驟四得到納米纖維素快速分散粉體進行傅里葉變換紅外光譜測試，得到的聚乙二醇、步驟一制備的納米纖維素和經步驟四得到納米纖維素快速分散粉體的傅里葉變換紅外光譜圖如圖4所示，其中a為分子量為4000 的聚乙二醇的傅里葉變換紅外光譜，b為納米纖維素快速分散粉體的傅里葉變換紅外光譜， c為步驟一制備的納米纖維素的傅里葉變換紅外光譜；從圖4可以看出結果表明納米纖維素快速分散粉體仍具有纖維素的基本化學結構。本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體在水中的分散性試驗按本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體與水的體積比為I : 50的比例，將本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體加入到水中，以500r/min速度攪拌2min分散，得到乳白色納米纖維素分散溶液。得到的乳白色納米纖維素分散溶液的粒度分布圖如圖5所示，從圖5可以看出，納米纖維素粒度分布均勻，平均粒徑為203. Ixm,因此本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體具有很好的分散性。在去離子水中快速分散效果最好，納米纖維素的質量含量為5%，因為分散時間僅為2min，說明本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體分散快。本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體在DMF中的分散性試驗按本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體與DMF的體積比為I : 50的比例，將本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體加入到DMF中，以500r/min速度攪拌2min分散, 得到乳白色納米纖維素懸浮溶液。得到的乳白色納米纖維素懸浮溶液的粒度分布圖如圖6所示，從圖6可以看出，表明其粒度分布不均勻，平均粒徑為273. 3nm，本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體加入 DMF中后，在DMF有機溶劑中的分散較去離子水中分散較差，固含量為O. 2%，本試驗一制備的納米纖維素快速分散粉體在DMF中的分散性一般。
權利要求
1.一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于納米纖維素快速分散粉體的制備方法按以下步驟進行一、納米纖維素的制備按Ig 3g微晶纖維素加入IOOmL質量百分含量為50%的硫酸溶液的比例，將微晶纖維素加入到質量百分含量為50%的硫酸溶液中，在溫度為50°C的條件下酸解反應2. 0h，得到納米纖維素懸浮液，離心分離后，將固相物用去離子水洗滌至中性，得到納米纖維素；二、納米纖維素的乳化按納米纖維素的質量百分含量為1.0%，將經步驟一得到的納米纖維素中加入去離子水，得到納米纖維素水分散液；再將質量為納米纖維素質量的 5% 30%的聚乙二醇加入到納米纖維素水分散液中，在溫度為30°C 80°C、攪拌速度為 100r/min 800r/min的條件下加熱攪拌5min 30min,得到乳化納米纖維素水分散液；三、冰凍凝膠化按1，4_二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 5 20的比例，并在攪拌速度為100r/min 800r/min的條件下，將1，4_ 二氧六環以60滴/min 180滴/min的速度滴入步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液中，滴加完畢后，再繼續攪拌5min 30min，得到混合分散液，將混合分散液放入冷凍溫度為-10°C -20°C的冷凍室中冷卻2. Oh 12. 0h，得到冷凍凝膠；四、冷凍干燥將步驟三得到的冷凍凝膠，在真空度為20Pa、冷肼溫度為-50°C的冷凍干燥機中冷凍干燥12. Oh 20. 0h，得到納米纖維素快速分散粉體。
2.根據權利要求I所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟二中聚乙二醇的質量為納米纖維素質量的10% 25%。
3.根據權利要求I所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟二中聚乙二醇的質量為納米纖維素質量的20%。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟三中1，4_ 二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 10 .18、攬拌速度為 200r/min 700r/min。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟三中1，4_二氧六環與步驟二制備的乳化納米纖維素水分散液的體積比為I : 15、攪拌速度為400r/min。
6.根據權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟三中滴加完畢后繼續攪拌IOmin 25min。
7.根據權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟三中滴加完畢后繼續攪拌20min。
8.根據權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟三中冷凍溫度為-12°C -18°C、冷卻時間為4h 10h。
9.權利要求1、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟四中冷凍干燥時間為15h 18h。
10.權利要求I、2或3所述的一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，其特征在于步驟二中所述的聚乙二醇的分子量為2000 20000。
全文摘要
一種納米纖維素快速分散粉體的制備方法，本發明涉及納米纖維素快速分散粉體的制備方法。本發明是要解決現有的無機酸水解法制備的納米纖維素快速分散性差的技術問題。制備方法一、納米纖維素的制備；二、納米纖維素的乳化；三、將1，4-二氧六環加入乳化納米纖維素水分散液中得到混合分散液，將混合分散液冷凍，得到冷凍凝膠；四、將冷凍凝膠冷凍干燥后得到納米纖維素快速分散粉體。本發明的納米纖維素快速分散粉體可快速分散于去離子水、無水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或乙酸中，方法簡單，易操作，制備成本低。本發明制備的納米纖維素快速分散粉體可作為納米增強劑應用于建筑材料等產業領域。
文檔編號C04B16/02GK102584059SQ20121001941
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月21日 優先權日2012年1月21日
發明者劉志明, 王海英, 謝成 申請人:東北林業大學, 劉志明