本發(fā)明涉及一種疏水改性納米纖維素的制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米纖維素在納米聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與物性上的獨特性，使其在石油鉆井、建材砂漿、紡織印染、電子漿料、涂料、陶瓷、造紙和日化等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，制備納米纖維素的方法有化學(xué)法（酸水解法）、均質(zhì)法、生物法、(化學(xué)/生物)預(yù)處理結(jié)合機(jī)械處理法等。采用酸水解法，雖然得到的納米纖維素具有較好的分散性和穩(wěn)定性，但是反應(yīng)體系會使用大量的酸，消耗大量的水，存在得率低、生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、易對環(huán)境造成污染的問題。完全利用物理機(jī)械處理方式可以比較環(huán)保的方式制備納米纖維素，例如，US 4374702公開了一種納米纖維素的制備方法，是利用高壓均質(zhì)機(jī)在至少3000psig壓力降的條件下使纖維通過小縫隙的均質(zhì)閥，纖維受到強(qiáng)烈的沖擊和剪切等機(jī)械作用，最終解離為直徑25～100nm的納米纖維素。然而，該方法需要消耗大量的動力能量，制備成本高，且纖維素懸浮液容易堵塞設(shè)備，效率低。

對纖維素進(jìn)行改性或預(yù)處理可以降低納米纖維素的制備能耗。US 20110036522公開了一種納米纖維素的制備方法：首先用含電解質(zhì)的兩性的纖維素衍生物對纖維改性預(yù)處理，然后機(jī)械處理，得到透明度極高的水凝膠；該方法相比US 4374702，能量消耗降低了98%，且避免了纖維堵塞機(jī)械設(shè)備，效率得以提高。

本發(fā)明方法分別對纖維進(jìn)行羧乙基化和疏水改性處理，一方面可以使纖維素獲得較高的羧乙基含量，另一方面可以增加纖維素的疏水性能，這樣不僅在納米纖維素的機(jī)械化制備階段減少對動力能量的消耗，而且還克服了納米纖維素因氫鍵易團(tuán)聚的問題，提高了納米纖維素的分散性，最終制備得到了分散性好、透明度高、相容性好、熱穩(wěn)定性高的納米纖維素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有制備納米纖維素的方法存在效率低、能耗高、不環(huán)保、工藝復(fù)雜、制得的納米纖維素易團(tuán)聚且分散性不好的問題，本發(fā)明旨在提供一種疏水改性納米纖維素的制備方法，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種疏水改性納米纖維素的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）用過量的氫氧化鈉溶液對纖維原料進(jìn)行堿潤脹處理，然后加入相對于絕干纖維原料重量5～15%的丙烯酰胺，在60～90℃的溫度下反應(yīng)2～6小時，洗滌、過濾，制得羧乙基纖維素；（2）在有機(jī)溶劑體系、溫度55～95℃的條件下使該羧乙基纖維素與疏水性化合物進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為2～4小時，生成疏水改性的羧乙基纖維素；（3）用高壓均質(zhì)機(jī)對該疏水改性的羧乙基纖維素進(jìn)行機(jī)械處理，最終制得疏水改性的羧乙基納米纖維素。

進(jìn)一步地，所述的纖維原料可以為木漿、草漿、棉漿、竹漿、葦漿、麻漿、蔗渣漿、各種農(nóng)作物秸稈漿。

進(jìn)一步地，步驟（1）制備的羧乙基纖維素的羧乙基含量為0.5～2.5 mmol/g。

進(jìn)一步地，步驟（2）中所述的疏水性化合物是含長鏈烷基、α-羥基烷基或乙酰氯基中的一種或幾種；其中，長鏈烷基基團(tuán)含有8～25個碳原子；疏水性化合物相對于羧乙基纖維素的重量含量為0.1～5.0％。

進(jìn)一步地，步驟（2）中所述的有機(jī)溶劑，比如異丙醇、正丁醇、丙酮或丁酮中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，最終得到的疏水改性的羧乙基納米纖維素的直徑為5～100 nm，長度0.5～10μm。

本發(fā)明的優(yōu)點及創(chuàng)新點在于：本發(fā)明首先采用羧乙基化對纖維素進(jìn)行改性預(yù)處理，然后引入疏水性基團(tuán)，這樣不僅有利于纖維的解離和減少機(jī)械纖絲化處理的能量能耗，降低了生產(chǎn)成本，而且還克服了納米纖維素易團(tuán)聚、相容性差的問題，使制得的疏水改性納米纖維素容易均勻分散到水相體系和有機(jī)溶劑體系中，拓展了納米纖維素的應(yīng)用范圍。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例說明，但本發(fā)明不限于以下具體實施例。

實施例1

稱取20 g的風(fēng)干棉纖維，研磨粉碎，置于三口玻璃燒瓶中，然后向燒瓶中加入162.4 g 10%濃度的氫氧化鈉溶液，使纖維充分潤脹，處理24 h；擠壓濃縮漿料濃度至30%，再向纖維漿料中加入1.65 g丙烯酰胺，控制反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng) 4 h，然后洗滌、過濾，得到羧乙基纖維素，測量其羧乙基含量為1.52 mmol/g；以異丙醇為反應(yīng)溶劑，向上述的羧乙基纖維素中加入0.64g溴代十六烷，在30min內(nèi)將溫度從55℃升高至70℃，并保持45min后將反應(yīng)溫度提高至90℃，在此條件下反應(yīng)4h，生成疏水改性的羧乙基纖維素；洗濾、濃縮該疏水改性的羧乙基纖維素懸浮液至2%濃度，用高壓均質(zhì)機(jī)對其進(jìn)行均質(zhì)處理5遍，最終得到疏水改性的羧乙基納米纖維素。用電子顯微鏡測量疏水改性納米纖維素的直徑約為37 nm，長度約為4.5μm。

實施例2

稱取20 g的風(fēng)干漂白針葉木紙漿纖維，研磨粉碎，置于三口玻璃燒瓶中，然后向燒瓶中加入162.4 g 10%濃度的氫氧化鈉溶液，使纖維充分潤脹，處理24 h；擠壓濃縮漿料濃度至30%，再向纖維漿料中加入2.25 g丙烯酰胺，控制反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng) 4 h，然后洗滌、過濾，得到羧乙基纖維素，測量其羧乙基含量為1.87 mmol/g；以異丙醇為反應(yīng)溶劑，向上述的羧乙基纖維素中加入0.64g溴代十六烷，在30min內(nèi)將溫度從55℃升高至70℃，并保持45min后將反應(yīng)溫度提高至90℃，在此條件下反應(yīng)4h，生成疏水改性的羧乙基纖維素；洗濾、濃縮該疏水改性的羧乙基纖維素懸浮液至2%濃度，用高壓均質(zhì)機(jī)對其進(jìn)行均質(zhì)處理5遍，最終得到疏水改性的羧乙基納米纖維素。用電子顯微鏡測量疏水改性納米纖維素的直徑約為32 nm，長度約為2.25μm。

實施例3

稱取20 g的風(fēng)干漂白針葉木紙漿纖維，研磨粉碎，置于三口玻璃燒瓶中，然后向燒瓶中加入162.4 g 10%濃度的氫氧化鈉溶液，使纖維充分潤脹，處理24 h；擠壓濃縮漿料濃度至30%，再向纖維漿料中加入2.25 g丙烯酰胺，控制反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng) 4 h，然后洗滌、過濾，得到羧乙基纖維素，測量其羧乙基含量為1.87 mmol/g；以異丙醇為反應(yīng)溶劑，向上述的羧乙基纖維素中加入0.82g氯乙酰氯，將反應(yīng)溫度提高至60℃，在此條件下反應(yīng)3h，生成疏水改性的羧乙基纖維素；洗濾、濃縮該疏水改性的羧乙基纖維素懸浮液至2%濃度，用高壓均質(zhì)機(jī)對其進(jìn)行均質(zhì)處理5遍，最終得到疏水改性的羧乙基納米纖維素。用電子顯微鏡測量疏水改性納米纖維素的直徑約為60 nm，長度約為3.7μm。