CN1709913A - 可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体的制法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体的制法及应用，将粒径在30～50nm之间的纳米微晶纤维素均匀分散在水中，在该纳米微晶纤维素水分散体系中加入亲水性低分子表面活性剂，其重量份占纳米微晶纤维素净重的0.1～3％，然后加热干燥以除去体系中的水，即制得含低分子表面活性剂的本可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。将所述粉体以1∶5～20的比例加入到二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮中，采用超声振荡分散，即可使纳米微晶纤维素在其中达到纳米尺寸的分散。
Description
技术领域
本发明涉及一种可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体的制备方法及其在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮等非水溶剂中的分散应用。
背景技术
纤维素在自然界中广泛存在，是一种取之不尽、用之不竭的可再生性资源。在世界石油、煤炭以及天然气资源日益枯竭的今天，使用绿色环保、来源广泛的纤维素作为化工原料和中间体成为全球研究的热点。
天然纤维素的分子量分布范围宽，从几十万到几百万不等，结晶度高。纳米微晶纤维素是人工制造的微细纤维素存在形式，CN1334272A；CN1369508A公开了相关纳米微晶纤维素的制造方法。
纳米微晶纤维素表面活性高和化学性质活泼，具有广泛的应用前景，可用作食品、医药、化工等领域的填充材料和原料。
纳米微晶纤维素表面存在更多大量的羟基，在干燥状态下颗粒表面间形成强烈的氢键，造成采用一般方法加热干燥除水后的纳米微晶纤维素颗粒间不可拆分的团聚，而且团聚一旦形成采用物理方法很难进行再分散。
纳米微晶纤维素亲水性极强，易分散在水介质中，而且分散在水中也是其目前贮存的最好方式，这在一定程度上限制了它的应用范围。
美国专利3539365中报道了通过共混加入羧甲基纤维素来克服超细纤维素微晶之间因表面氢键作用而发生的团聚。由于在共混过程中无法确保羧甲基纤维素均匀分布于超细纤维素微晶间，致使仍然局部存在团聚。
发明内容
本发明的目的是提供一种可在非水溶剂中作纳米尺寸级别分散的纳米微晶纤维素粉体的制备方法。
本发明的另一个目的是提出所制备纳米微晶纤维素粉体在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮等非水溶剂中的分散应用。
制备可在非水溶剂中作纳米尺寸级别分散的纳米微晶纤维素粉体的方法是：将粒径在30～50nm之间的纳米微晶纤维素均匀分散在水中，在该纳米微晶纤维素水分散体系中加入亲水性低分子表面活性剂，其重量份占纳米微晶纤维素净重的0.1～3％，然后加热干燥以除去体系中的水，即制得含低分子表面活性剂的本可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。
所述的亲水性低分子表面活性剂可采用PEG200、PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000、PEG2000、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、Span系列表面活性剂、OP系列表面活性剂中的任何一种或它们的混合物。
在所述的制备方法中，对体系加热干燥的温度控制在105～120℃范围。
本发明所制得的含低分子表面活性剂的纳米微晶纤维素粉体可在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮中的分散应用，方法是将所述粉体以1∶5～20的比例加入到二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮中，采用超声振荡分散0.5～2h，而使纳米微晶纤维素在其中达到纳米尺寸的分散。
本发明采用在纳米微晶纤维素水分散体系中加入适量的亲水性低分子表面活性剂，搅拌均匀后，物理机械隔离和化学键亲和(如氢键)双重协和作用，在水的沸点以上适当温度范围内干燥除去体系中的水，在除水过程中表面活性剂逐步取代水分子渗透到纳米微晶纤维素颗粒间，达到阻止团聚的作用，从而制得含低分子表面活性剂的纳米微晶纤维素粉体。经试验证明，这种纳米微晶纤维素粉体能在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮等非水溶剂中达到纳米尺寸级别的分散，可大大拓展纳米微晶纤维素应用范围。
具体实施方式
实施例一
纳米微晶纤维素水分散体系中加入重量份占纳米微晶纤维素净重的1.2％表面活性剂OP-10，充分搅拌混合均匀，加热至110℃干燥6h除水，即制得本发明的可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。所得产物以1∶5的比例加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后采用超声振荡分散2h。通过电子显微镜检测表明经过以上处理的微晶纤维素以纳米级粒径的颗粒分散在二甲基甲酰胺中。经过透射电镜检测颗粒粒径在纳米级范围内。
实施例二
纳米微晶纤维素水分散体系中加入重量份占纳米微晶纤维素净重的1.5％表面活性剂Span-80，充分搅拌混合均匀，加热至105℃干燥4h除水，即制得本发明的可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。所得产物以1∶10的比例加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后采用超声振荡分散1.5h。电子显微镜结果表明微晶纤维素以纳米级粒径的颗粒分散在二甲基甲酰胺中。经过透射电镜检测颗粒粒径在纳米级范围内。
实施例三
纳米微晶纤维素水分散体系中加入重量份占纳米微晶纤维素净重的1％表面活性剂PEG1000，充分搅拌混合均匀，加热至115℃干燥2h除水，即制得本发明的可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。所得产物以1∶15的比例加入到二甲基乙酰胺中，搅拌均匀后采用超声振荡分散1h。通过电子显微镜检测表明微晶纤维素以纳米级粒径的颗粒分散在二甲基乙酰胺中。经过透射电镜检测颗粒粒径在纳米级范围内。
实施例四
纳米微晶纤维素水分散体系中加入重量份占纳米微晶纤维素净重的1.5％表面活性剂PEG500和1.5％表面活性剂Span-80，充分搅拌混合均匀，加热至120℃干燥2h除水，即制得本发明的可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。所得产物以1∶20的比例加入到二甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后采用超声振荡分散0.5h。电子显微镜检测结果表明微晶纤维素以纳米级粒径的颗粒分散在二甲基吡咯烷酮中。经过透射电镜检测颗粒粒径在纳米级范围内。
Claims (4)
1、一种可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体的制法，其特征是将粒径在30～50nm之间的纳米微晶纤维素均匀分散在水中，在该纳米微晶纤维素水分散体系中加入亲水性低分子表面活性剂，其重量份占纳米微晶纤维素净重的0.1～3％，然后加热干燥以除去体系中的水，即制得本可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素粉体。
2、根据权利要求1所述的纳米微晶纤维素粉体的制法，其特征在于所述的亲水性低分子表面活性剂为PEG200、PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000、PEG2000、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、Span系列表面活性剂、OP系列表面活性剂中的任何一种或它们的混合物。
3、根据权利要求1所述的纳米微晶纤维素粉体的制法，其特征在于对体系加热干燥的温度为105～120℃。
4、权利要求1所制得的粉体在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮中的分散应用，方法是将所述粉体以1∶5～20的比例加入到二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基吡咯烷酮中，采用超声振荡分散，而使纳米微晶纤维素在其中达到纳米尺寸的分散。
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