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一锅法制备荧光纳米纤维素的方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-05-06
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-08-07
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-03-08
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-05-06
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202010373709.1 申请日 2020-05-06
公开/公告号 CN111410696B 公开/公告日 2022-03-08
授权日 2022-03-08 预估到期日 2040-05-06
申请年 2020年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 C08B15/06C09K11/06 主分类号 C08B15/06
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 5 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN109762073A、CN102899950A、CN101891828A、CN108059953A、JPH08100001A 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 闽江学院 当前专利权人 闽江学院
发明人 卢麒麟、李永贵 第一发明人 卢麒麟
地址 福建省福州市闽侯县上街镇溪源宫路200号 邮编 350108
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 福建省 申请人所在市 福建省福州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
福州元创专利商标代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
修斯文、蔡学俊
摘要
本发明公开了一种一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其是利用微波‑超声产生的机械力化学作用结合磷酸锆的催化作用,先将纤维素的超分子结构进行水解,再通过Fischer酯化反应在纳米纤维素上接枝上荧光基团,并形成牢固的共价键结合,以制得所述荧光纳米纤维素。本发明简化了传统荧光纳米纤维素制备时需要先制备出纳米纤维素再进行荧光改性的多步反应过程,避免了中间产物的繁琐分离过程,实现了荧光纳米纤维素的一步制备,其操作过程简单,荧光纳米纤维素产率高,荧光强度高。
  • 摘要附图
    一锅法制备荧光纳米纤维素的方法
  • 说明书附图:图1
    一锅法制备荧光纳米纤维素的方法
  • 说明书附图:图2
    一锅法制备荧光纳米纤维素的方法
  • 说明书附图:图3
    一锅法制备荧光纳米纤维素的方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-03-08 授权
2 2020-08-07 实质审查的生效 IPC(主分类): C08B 15/06 专利申请号: 202010373709.1 申请日: 2020.05.06
3 2020-07-14 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将纤维素原料、磷酸锆、柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中进行水解反应,获得改性纤维素微纤丝;
(2)在步骤(1)得到的改性纤维素微纤丝中加入N‑甲基‑L‑丝氨酸,调整反应温度,继续在超声微波化学反应器中反应一定时间,收集反应产物;
(3)将步骤(2)得到的反应产物用去离子水离心洗涤,收集上层悬浮液,即得荧光纳米纤维素;
步骤(1)中所述纤维素原料为针叶木浆、阔叶木浆、草浆、竹浆中的任意一种;所述水解反应的温度为130℃、超声功率为200‑1000W,微波功率为100‑500W,时间为0.5‑3h;纤维素原料与柠檬酸溶液的固液比为1:30‑1:80 g/mL,纤维素原料与磷酸锆的质量比为1:0.1‑1:
1;其中,所述柠檬酸溶液的质量浓度为50%‑85%;
步骤(2)中N‑甲基‑L‑丝氨酸的用量与所用柠檬酸的质量比为1:1‑3:1;反应的温度为
90‑130℃,超声功率为600‑1000W,微波功率为500‑800W,时间为0.5‑2h。

2.根据权利要求1所述的一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其特征在于:步骤(3)中所述离心的转速为12000rpm,次数为5次。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于天然高分子材料领域,具体涉及一种一锅法制备荧光纳米纤维素的方法。

背景技术

[0002] 目前,纤维素荧光材料的制备方法主要是将纤维素与荧光材料进行物理结合,或者通过氧化、酯化、醚化、接枝共聚等化学反应使纤维素功能化,然后再与荧光染料结合。纤维素与荧光材料的物理结合制备出的荧光纤维虽然荧光强度较高,但由于荧光材料只是分散在纤维素表面,因此荧光材料很容易从纤维素表面脱落,使纤维丧失荧光性能。而采用化学方法对纤维素进行功能化再与荧光染料结合,其整个制备过程繁琐,操作复杂,中间产物的分离困难,产率低。因此,开发新型的荧光纳米纤维素制备方法,提高荧光纳米纤维素产率和荧光强度,简化制备流程,将复杂的多步化学反应集中于“一锅”进行,是实现荧光纳米纤维素规模化生产的关键。

发明内容

[0003] 本发明为解决现有荧光纳米纤维素制备方法的不足,提供了一种直接以植物性粗纤维为原料,一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其原料来源广泛、价廉,操作过程简单,荧光纳米纤维素产率高,荧光强度高。
[0004] 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0005] 一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其包括以下步骤:
[0006] (1)将纤维素原料、磷酸锆、柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率200‑1000W、微波功率100‑500W的条件下水解反应0.5‑3h,获得改性纤维素微纤丝;
[0007] (2)在步骤(1)得到的改性纤维素微纤丝中加入N‑甲基‑L‑丝氨酸,继续在超声微波化学反应器中,于90‑130℃、超声功率600‑1000W,微波功率500‑800W的条件下反应0.5‑2h,收集反应产物;
[0008] (3)将步骤(2)得到的反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,即得荧光纳米纤维素。
[0009] 步骤(1)中纤维素原料与柠檬酸溶液的固液比为1:30‑1:80 g/mL,纤维素原料与磷酸锆的质量比为1:0.1‑1:1;其中,所述柠檬酸溶液的质量浓度为50%‑85%。所述纤维素原料为针叶木浆、阔叶木浆、草浆、竹浆中的任意一种。
[0010] 步骤(2)中N‑甲基‑L‑丝氨酸的用量与所用柠檬酸的质量比为1:1‑3:1。
[0011] 现有专利“荧光纤维素纳米纤维的制备方法”(CN 109762073A)公开了一种以纳米纤维素、纳米纤维素晶体等为纤维素原料,与丝氨酸、柠檬酸共同反应制备荧光纤维素纳米纤维的方法,由于所用纤维素原料本身就是纳米粒子,其比表面积大、反应活性高、表面暴露较多羟基,因此其与丝氨酸和柠檬酸的反应效率高,所得荧光纳米纤维素荧光效率好。但这些原料售价较高,而若自行制备,步骤较繁琐,这使该方法的应用受到一定限制。
[0012] 而针叶木浆、阔叶木浆、草浆、竹浆等植物性粗纤维虽然来源广泛、价格低廉,但其由无定形区与结晶区构成致密的超分子结构,纤维素分子链之间交织缠绕,通过强氢键作用结合在一起,纤维素溶解困难,表面暴露出的羟基较少,反应活性低,在丝氨酸与柠檬酸组成的溶液中溶解性差。因此,若直接采用植物性粗纤维制备荧光纤维素,其接枝率低、产率低,且荧光效率差。
[0013] 本发明利用微波‑超声过程产生的机械力化学效应,结合磷酸锆的催化作用,促进纤维素超分子结构水解,再通过Fischer酯化反应,在纳米纤维素分子结构上接枝荧光基团,从而获得产率高、荧光强度好的荧光纳米纤维素。
[0014] 本发明简化了传统荧光纳米纤维素制备时需要先制备出纳米纤维素再进行荧光改性的多步反应过程,避免了中间产物的繁琐分离过程,提高了反应效率,实现了荧光纳米纤维素的一步制备,其操作过程简单,适合推广应用。

实施方案

[0018] 一锅法制备荧光纳米纤维素的方法,其包括以下步骤:
[0019] (1)将纤维素原料、磷酸锆、柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率200‑1000W、微波功率100‑500W的条件下水解反应0.5‑3h,获得改性纤维素微纤丝;
[0020] (2)在步骤(1)得到的改性纤维素微纤丝中加入N‑甲基‑L‑丝氨酸,继续在超声微波化学反应器中,于90‑130℃、超声功率600‑1000W,微波功率500‑800W的条件下反应0.5‑2h,收集反应产物;
[0021] (3)将步骤(2)得到的反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,即得荧光纳米纤维素。
[0022] 步骤(1)中纤维素原料与柠檬酸溶液的固液比为1:30‑1:80 g/mL,纤维素原料与磷酸锆的质量比为1:0.1‑1:1;其中,所述柠檬酸溶液的质量浓度为50%‑85%。所述纤维素原料为针叶木浆、阔叶木浆、草浆、竹浆中的任意一种。
[0023] 步骤(2)中N‑甲基‑L‑丝氨酸的用量与所用柠檬酸的质量比为1:1‑3:1。
[0024] 采用荧光光谱仪测定步骤2)中不同超声微波反应时间(反应温度120℃、超声功率800W,微波功率600W)下所得荧光纳米纤维素的荧光强度大小变化情况,如图1所示。
[0025] 采用荧光光谱仪测定步骤2)中不同超声微波反应温度(超声功率800W,微波功率600W,反应时间1.25h)下所得荧光纳米纤维素的荧光强度大小变化情况,如图2所示。
[0026] 为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。
[0027] 实施例1
[0028] 将1g杉木溶解浆、0.8g磷酸锆、40g 60%的柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率500W、微波功率200W的条件下水解反应1h,获得改性纤维素微纤丝。向超声微波化学反应器中的改性纤维素微纤丝中加入25g N‑甲基‑L‑丝氨酸,于100℃、超声功率1000W,微波功率800W的条件下反应1.5h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素。
[0029] 所得荧光纳米纤维素的得率为67%,结晶度为73%,其直径为8‑20nm,长度为150‑500nm;荧光纳米纤维素荧光强度为1030a.u.,的平均荧光寿命为3.3ns,绝对量子产率为
30.21%。
[0030] 实施例2
[0031] 将1g竹漂白浆、0.2g磷酸锆、50g 70%的柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率600W、微波功率400W的条件下水解反应2.5h,获得改性纤维素微纤丝。向超声微波化学反应器中的改性纤维素微纤丝中加入40g N‑甲基‑L‑丝氨酸,于110℃、超声功率700W,微波功率600W的条件下反应1h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素。
[0032] 所得荧光纳米纤维素的得率为78%,结晶度为70%,其直径为15‑50nm,长度为200‑400nm;荧光纳米纤维素荧光强度为1460a.u.,的平均荧光寿命为3.5ns,绝对量子产率为
34.32%。
[0033] 实施例3
[0034] 将1g桉木溶解浆、0.5g磷酸锆、60g 55%的柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率400W、微波功率500W的条件下水解反应1.5h,获得改性纤维素微纤丝。向超声微波化学反应器中的改性纤维素微纤丝中加入55g N‑甲基‑L‑丝氨酸,于120℃、超声功率800W,微波功率700W的条件下反应1.2h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素,其透射电镜图如图3所示。
[0035] 所得荧光纳米纤维素的得率为84%,结晶度为78%,其直径为9‑25nm,长度为100‑300nm;荧光纳米纤维素的荧光强度为1520a.u.,平均荧光寿命为3.7ns,绝对量子产率为
36.51%。
[0036] 实施例4
[0037] 将1g杨木漂白浆、0.3g磷酸锆、70g 80%的柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率900W、微波功率350W的条件下水解反应2h,获得改性纤维素微纤丝。向超声微波化学反应器中的改性纤维素微纤丝中加入73g N‑甲基‑L‑丝氨酸,于130℃、超声功率600W,微波功率500W的条件下反应0.5h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素。
[0038] 所得荧光纳米纤维素的得率为76%,结晶度为75%,其直径为15‑30nm,长度为150‑250nm;荧光纳米纤维素的荧光强度为1210a.u.,平均荧光寿命为3.6ns,绝对量子产率为
35.12%。
[0039] 对比例1
[0040] 将1g桉木溶解浆、0.5g磷酸锆、60g 55%的柠檬酸溶液置于烧瓶中,130℃水解反应1.5h,再加入55g N‑甲基‑L‑丝氨酸,120℃水浴反应1.2h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素。
[0041] 所得荧光纳米纤维素的得率为20%,结晶度为65%,其直径为100‑200nm,长度为0.8‑1.5μm;荧光纳米纤维素的荧光强度为300a.u.,平均荧光寿命为1.7ns,绝对量子产率为18.72%。
[0042] 对比例2
[0043] 将1g桉木溶解浆、60g 55%的柠檬酸溶液置于超声微波化学反应器中,于130℃、超声功率400W、微波功率500W的条件下水解反应1.5h,获得改性纤维素微纤丝。向超声微波化学反应器中的改性纤维素微纤丝中加入55g N‑甲基‑L‑丝氨酸,于120℃、超声功率800W,微波功率700W的条件下反应1.2h,反应结束后收集反应产物,将反应产物用去离子水以12000rpm的转速离心洗涤5次,收集上层悬浮液,得到荧光纳米纤维素。
[0044] 所得荧光纳米纤维素的得率为32%,结晶度为70%,其直径为80‑130nm,长度为700‑900nm;荧光纳米纤维素的荧光强度为340a.u.,平均荧光寿命为2.1ns,绝对量子产率为
21.31%。
[0045] 对比例3
[0046] 将0.2mol丝氨酸与0.2mol柠檬酸加入到200mL水溶液中混合均匀,60℃水浴加热充分搅拌30min,形成均一透明的溶液。将2g桉木溶解浆加入到50g所得溶液中,80℃冷凝回流反应9h,然后将反应产物用去离子水进行洗涤、过滤,收集固体产物;将收集的固体产物放入干燥箱中,80℃干燥11h,得到产物荧光纳米纤维素。
[0047] 所述荧光纳米纤维素的得率为8%,直径180‑260nm,长度为1‑1.7μm;荧光纳米纤维素的荧光强度为310a.u.,平均荧光寿命为1.9ns,绝对量子产率为19.23%。
[0048] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

附图说明

[0015] 图1为步骤2)中不同超声微波反应时间下所得荧光纳米纤维素的荧光强度大小变化情况。
[0016] 图2为步骤2)中不同超声微波反应温度下所得荧光纳米纤维素的荧光强度大小变化情况。
[0017] 图3为实施例3制备的荧光纳米纤维素的透射电镜图。
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