CN114457605A - 一种植物纤维的机械解离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物纤维的机械解离方法，该方法包括对植物纤维素进行预处理、植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液和植物纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理。采用本发明，通过冷冻干燥和机械粉碎的预处理方式，为低能耗机械解离纤维素提供了新路径；通过改变单次均质处理时间、均质处理的次数、流体压力来控制均质处理后纤维素的解离程度；处理过程无污染型化学试剂的应用，无废弃物的产生，为绿色解离植物纤维素提供了路径。

Description

一种植物纤维的机械解离方法

技术领域

本发明涉及一种植物纤维的机械解离方法,属于生物质材料制备领域技术，具体是一种基于高压流体纳米均质法的低能耗解离纤维素的方法，可应用于机械法解离纤维素领域。

背景技术

纤维素微纤丝作为一种新型的纳米级纤维素功能材料，可作为增稠剂、分散剂、乳化剂和凝胶剂等广泛应用于食品、医药、化妆品和涂料等领域，同时由于其强度高、刚度大、重量轻、可生物降解和可再生性，因此在先进复合材料中的应用前景极为广阔。

纤维素的机械解离最主要的是将纤维素从细胞壁中解离出来，是一种在高速高压剪切与冲击力作用下将植物纤维剥离成直径小于100nm，长度为几百个纳米甚至达到微米级别的微细纤维。

在专利申请号为201710108015.3的专利申请文件中，公开了一种利用机械振动波能解离天然植物纤维的处理工艺，包括：将脱胶后的原料置于清水中浸泡，得到浸泡原料；将浸泡原料脱水处理，得到预处理物料；将预处理物料和辅助混合液置于50Hz～1000Hz的机械振动波能环境下进行解离，得到解离纤维；将解离纤维依次漂洗、脱水、烘干、包装得到成品纤维。

在陕西科技大学公布的《一种酶水解结合超声波处理辅助机械解离制备纤维素微纤丝的方法》技术资料中，先利用纤维素酶对原料纤维进行第一段酶水解预处理，再利用超声波处理使细胞壁外层分离，经过筛分后对长纤维进行第二段酶水解处理，将第二段酶水解后的纤维与筛分得到的细小组分纤维混合得到混合纤维；将混合纤维配成纤维悬浮液进行高压均质处理，分离出固形物，经冷冻干燥得到纤维素微纤丝。

在专利申请号为201410196785.4的专利申请文件中，提供了一种基于柔性纳米纸基材料的木质纤维微纤丝解离方法，通过用打浆机将纸浆纤维切断与切短，切短纤维长度控制在500～1000um；将切短的纸浆纤维使用垂直于纤维轴向的锤击力将纤维压溃，直至纤维初生壁与次生壁外层破裂或剥离；然后利用平行于纤维轴向的搓揉剪切力解离微纤丝层，得到初步纳米化的纤维微纤丝；最后将初步纳米化微纤丝用高剪切力均整处理，获得尺寸均一的柔性纳米纤维。

综合上述，在现有技术中，单纯机械解离制备纤维素微纤丝所需能耗过大，酸、碱或氧化预处理可以制备得到的纤维素微纤丝存在粒径分布不均匀、产生大量化工废水等缺陷，单一的酶预处理结合机械解离也能制备出纤维素微纤丝，但由于纤维素酶会优先和纤维当中可及比表面积较大的细小组分反应，导致细小组分被完全水解成单糖或多糖，一方面，不利于纤维细胞壁整体结构的破坏，另一方面，造成纤维不必要的水解，降低了纤维素得率，浪费资源。此外，在大规模生产中化学试剂的应用会也对环境造成一定污染。

发明内容

本发明的目的是针对上述之不足，提供低能耗、高得率、无污染的一种植物纤维的机械解离方法。

本发明采取的技术方案是：一种植物纤维的机械解离方法，其特征在于它包括如下步骤：

（1）对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至85～95%，对其进行冷冻干燥时间为18～24小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理1～2小时，用100～150目的筛筛选并收集能够通过的纤维素；

（2）将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过100～150目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.5～0.7%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌1～1.5小时使其充分分散；

（3）将固体含量为0.5～0.7%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为100～120Mpa下对纤维素悬浮液进行20～30次，均质处理≥180～300分钟。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明采用的冷冻干燥和机械粉碎的预处理方式，仅削减了纤维素之间的连接牢固程度、纤维素的长度，使得纤维素基本结构不被破坏，均质处理的效率提高、总体能耗下降，为低能耗机械解离纤维素提供了新路径。

（2）本发明提供的高压流体均质处理可以通过改变单次均质处理时间、均质处理的次数、流体压力来控制均质处理后纤维素的解离程度。

（3）本发明采用的预处理方式无污染型化学试剂的应用，且处理过程没有废弃物的产生，环保无污染为绿色解离植物纤维素提供了路径。

（4）本发明提供的调节纤维解离程度的高压流体均质法可以适用于不同种类的植物纤维解离，且不影响纤维解离的产物。

附图说明

图1是实施例一的植物纤维素解离效果图。

图2是实施例二的植物纤维素解离效果图。

图3是实施例三的植物纤维素解离效果图。

图4是实施例四的植物纤维素解离效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一、实施例一。

该植物纤维的机械解离方法包括如下步骤：

1、对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至92%，对其进行冷冻干燥时间为24小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理，用100目的筛筛选并收集能够通过的纤维素。

2、将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过100目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.5%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌1小时使其充分分散。

3、将固体含量为0.5%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为100Mpa下对纤维素悬浮液进行均质20次，累计处理时间300min、能耗0.427 kW·h，测得植物纤维素聚合度555。

二、实施例二。

该植物纤维的机械解离方法包括如下步骤：

1、对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至85%，对其进行冷冻干燥时间为18小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理，用150目的筛筛选并收集能够通过的纤维素。

2、将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过150目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.7%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌2小时使其充分分散。

3、将固体含量为0.7%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为120Mpa下对纤维素悬浮液进行均质处理30次，累计处理时间180min、能耗2.057 kW·h，测得植物纤维素聚合度492。

三、实施例三。

该植物纤维的机械解离方法包括如下步骤：

1、对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至92%，对其进行冷冻干燥时间为18小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理，用100目的筛筛选并收集能够通过的纤维素。

2、将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过100目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.5%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌2小时使其充分分散。

3、将固体含量为0.5%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为100Mpa下对纤维素悬浮液进行均质处理25次，累计处理时间240min、能耗4.529 kW·h，测得植物纤维素聚合度408。

四、实施例四。

该植物纤维的机械解离方法包括如下步骤：

1、对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至95%，对其进行冷冻干燥时间为24小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理，用100目的筛筛选并收集能够通过的纤维素。

2、将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过100目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.5%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌2小时使其充分分散。

3、将固体含量为0.5%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为100Mpa下对纤维素悬浮液进行均质处理25次，累计处理时间252min、能耗6.978 kW·h，测得植物纤维素聚合度354。

Claims (1)

1.一种植物纤维的机械解离方法，其特征在于它包括如下步骤：

（1）对植物纤维素进行预处理：将漂白浆的植物纤维素浓度调至85～95%，对其进行冷冻干燥时间为18～24小时，对冷冻干燥过的漂白浆进行粉碎处理1～2小时，用100～150目的筛筛选并收集能够通过的纤维素；

（2）将植物纤维素配置成植物纤维素悬浮液：将通过100～150目筛的植物纤维素配制成固体含量为0.5～0.7%的植物纤维素悬浮液，利用搅拌机搅拌1～1.5小时使其充分分散；

（3）将固体含量为0.5～0.7%的纤维素悬浮液进行高压流体纳米匀质处理：在压力为100～120Mpa下对纤维素悬浮液进行20～30次，均质处理≥180～300分钟。

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