本發明涉及納米纖維素的制備，具體涉及一氧化纖維素納米纖維及其制備方法。

背景技術：

納米纖維素具有高純度、高強度及高楊氏模量等優異性能，此外，其還具有較高的光學、電學、磁力學及流變性能，加之其具有生物材料的輕質性、可降解性、生物相容性及可再生性等特性，使其在高性能復合材料中顯示出極大的應用前景。納米纖維素的相關研究已成為纖維素科學研究領域的熱點。

目前納米纖維素的研究已經取得了較多成果，但是，不可否認的是這些成果還只是停留在實驗室階段。關于納米纖維素的制備以及應用仍處于初級階段，要想將其大規模工業化，仍然存在許多問題亟待解決，比如高效、易控、無污染的納米纖維素制備方法的研發；納米纖維素在溶液中或潮濕狀態下快速表征手段的開發；納米纖維素的濃縮機干燥以及納米纖維素的有效利用等相關問題。此外，當前雖然有很多方法可以對納米纖維素進行改性，使其能夠與非極性聚合物較好地相容，但是現階段仍然缺乏工業化的方法制備納米纖維素/疏水性聚合物復合材料。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種氧化纖維素納米纖維及其制備方法。

本發明通過以下技術方案實現：一種氧化纖維素納米纖維，其制備方法包括以下步驟：

（1）將商品紙漿于去離子水中浸泡20-24h，調節濃度至20-35%，得濕紙漿；將濕紙漿與2-4倍質量的甲酸溶液混合攪拌，攪拌結束后，降溫至35-45℃，靜置1-2h，然后加入濕紙漿質量0.5-1.5%的乙酸，混合攪拌，攪拌結束，在室溫下靜置1-2h；抽濾，然后以去離子水洗滌至中性，得預處理漿料，在0-4℃冰箱放置12h以上，備用；

（2）取預處理漿料均勻分散于漿料2-4倍質量的去離子水中，邊攪拌邊加入預處理漿料質量的4-8倍的緩沖溶液；所述緩沖溶液是由碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液、次氯酸鈉溶液中的任意兩種組合；所述緩沖溶液在3-5min內加入完畢，然后以稀鹽酸調節體系ph值至6.8-7.5，保持攪拌2-3min，再加入氫氧化鈉溶液調節體系的ph值至10.0-10.5，反應10-20min，加入漿料0.2-0.4倍質量、體積分數45%的乙醇，混合攪拌1-2min，靜置30-60min，濾過，得氧化纖維素；

（3）將氧化纖維素以去離子水充分洗滌至中性，然后以去離子水配置成纖維素含量0.05-0.2wt.%的懸浮液體系，使用均質機均質處理2-4h，均質機轉速為10000-18000rpm，得到澄清透明體系，烘干，得納米纖維。

優選的，所述濕紙漿與甲酸溶液的混合在隔水容器中進行，將隔水容器置于50-65℃水浴中。

優選的，所述甲酸的體積分數為：5-8%；所述乙酸的體積分數為：1-2%。

進一步的，所述加入乙酸，靜置1-2h后，再以體積分數25-30%的乙醇溶液沖洗2-3次，再進行抽濾。

優選的，所述碳酸鈉溶液的質量濃度為5-10%、碳酸氫鈉溶液的質量濃度為5-15%、次氯酸鈉溶液的質量濃度為3-8%。

更進一步的，所述緩沖溶液由碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液按照質量比2:1混合；或由碳酸鈉溶液與次氯酸鈉溶液按照質量比2:1混合。

更進一步的，所述緩沖溶液由碳酸氫鈉溶液次氯酸鈉溶液按照質量比1：1混合。

本發明所述濕紙漿濃度、紙漿濃度、紙漿質量均與纖維絕干計。

所述步驟（3）還包括如下步驟：將配制得到的懸浮液體系置于0-4℃中放置24小時后，取出，恢復至室溫，再使用均質機均質處理。

進一步的，所述步驟（3）還包括如下步驟：將配制得到的懸浮液體系在15-20℃水浴中，以頻率90-100khz，超聲處理12-18min。

本發明所述的紙漿優選使用漂白針葉木硫酸鹽漿，進一步優選的，紙漿羧基含量為0.03-0.1mmol/g。

與其他方法所制纖維素納米纖維相比，本發明獲得的纖維素納米纖維，具有更高的潔凈度，且寬度均一，長徑比大，納米纖維呈單根化分散，分散性佳的優點；本發明制備納米纖維的方法反應條件溫和、氧化效率高、能耗低、污染小、納米纖維素得率高，最高可達98.5%。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明。

實施例1采用如下步驟制備本發明的纖維素納米纖維：

（1）將商品紙漿（羧基含量為0.05mmol/g的漂白針葉木硫酸鹽漿）于去離子水中浸泡22h，調節濃度至30%，得濕紙漿；將濕紙漿與3倍質量、體積分數6.5%的甲酸溶液在隔水容器中混合攪拌，隔水容器置于58℃水浴中，攪拌結束后，降溫至40℃，靜置1.5h，然后加入濕紙漿質量1%、體積分數1.5%的乙酸，混合攪拌，攪拌結束，在室溫下靜置1.5h；抽濾，然后以去離子水洗滌至中性，得預處理漿料，在0-4℃冰箱放置12h以上，備用；

（2）取預處理漿料均勻分散于漿料3倍質量的去離子水中，邊攪拌邊加入預處理漿料質量的6倍的緩沖溶液；緩沖溶液是由質量濃度為5%的碳酸鈉溶液、質量濃度為10%的碳酸氫鈉溶液按照質量比2:1混合；緩沖溶液在3-5min內加入完畢，然后以稀鹽酸調節體系ph值至7.0-7.2，保持攪拌2-3min，再加入氫氧化鈉溶液調節體系的ph值至10.2-10.4，反應15min，加入漿料0.3倍質量、體積分數45%的乙醇，混合攪拌1-2min，靜置45min，濾過，得氧化纖維素；

（3）將氧化纖維素以去離子水充分洗滌至中性，然后以去離子水配置成纖維素含量0.1wt.%的懸浮液體系，將配制得到的懸浮液體系置于0-4℃中放置24小時后，取出，恢復至室溫，再使用均質機均質處理3h，均質機轉速為15000rpm，得到澄清透明體系，烘干，得納米纖維。

實施例2采用如下步驟制備本發明的纖維素納米纖維：

（1）將商品紙漿（羧基含量為0.03mmol/g的漂白針葉木硫酸鹽漿）于去離子水中浸泡20h，調節濃度至32%，得濕紙漿；將濕紙漿與4倍質量、體積分數8%的甲酸溶液在隔水容器中混合攪拌均勻，隔水容器置于65℃水浴中，攪拌結束后，降溫至45℃，靜置1h，然后加入濕紙漿質量1.5%、體積分數1%的乙酸，混合攪拌，攪拌結束，在室溫下靜置2h；再以體積分數30%的乙醇溶液沖洗2-3次；抽濾，然后以去離子水洗滌至中性，得預處理漿料，在0-4℃冰箱放置12h以上，備用；

（2）取預處理漿料均勻分散于漿料4倍質量的去離子水中，邊攪拌邊加入預處理漿料質量的8倍的緩沖溶液；緩沖溶液是由質量濃度為10%的碳酸鈉溶液、質量濃度為3%的次氯酸鈉溶液按照質量比2:1混合；緩沖溶液在3-5min內加入完畢，然后以稀鹽酸調節體系ph值至6.8-7.2，保持攪拌2-3min，再加入氫氧化鈉溶液調節體系的ph值至10.0-10.3，反應20min，加入漿料0.4倍質量、體積分數45%的乙醇，混合攪拌1-2min，靜置55min，濾過，得氧化纖維素；

（3）將氧化纖維素以去離子水充分洗滌至中性，然后以去離子水配置成纖維素含量-0.2wt.%的懸浮液體系，使用均質機均質處理4h，均質機轉速為12000rpm，得到澄清透明體系，烘干，得納米纖維。

實施例3采用如下步驟制備本發明的纖維素納米纖維：

（1）將商品紙漿（羧基含量為0.1mmol/g的漂白針葉木硫酸鹽漿）于去離子水中浸泡24h，調節濃度至20%，得濕紙漿；將濕紙漿與2倍質量、體積分數5%的甲酸溶液在隔水容器中混合攪拌均勻，隔水容器置于50℃水浴中，攪拌結束后，降溫至35℃，靜置2h，然后加入濕紙漿質量0.5%、體積分數2%的乙酸，混合攪拌，攪拌結束，在室溫下靜置2h；再以體積分數25%的乙醇溶液沖洗2-3次；抽濾，然后以去離子水洗滌至中性，得預處理漿料，在0-4℃冰箱放置12h以上，備用；

（2）取預處理漿料均勻分散于漿料2倍質量的去離子水中，邊攪拌邊加入預處理漿料質量的4倍的緩沖溶液；緩沖溶液是由質量濃度為10%的碳酸氫鈉溶液與質量濃度為5%的次氯酸鈉溶液按照質量比1：1混合；緩沖溶液在3-5min內加入完畢，然后以稀鹽酸調節體系ph值至7.3-7.5，保持攪拌2-3min，再加入氫氧化鈉溶液調節體系的ph值至10.2-10.5，反應10-20min，加入漿料0.2倍質量、體積分數45%的乙醇，混合攪拌1-2min，靜置30min，濾過，得氧化纖維素；

（3）將氧化纖維素以去離子水充分洗滌至中性，然后以去離子水配置成纖維素含量0.05wt.%的懸浮液體系，將配制得到的懸浮液體系在15-20℃水浴中，以頻率100khz，超聲處理15min，再使用均質機均質處理2h，均質機轉速為18000rpm，得到澄清透明體系，烘干，得納米纖維。