纳米纤维素晶体的制备方法及其在制浆造纸中的应用前景

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1、《造纸科学与技术》2010年第29卷第l期纳米纤维素晶体的制备方法及其在制浆造纸中的应用前景吴开丽徐清华谭丽萍秦梦华(山东轻工业学院制浆造纸省部共建教育部重点实验室，山东济南250353)摘要：阐述了纳米纤维素晶体的两种制备方法：无机酸水解法和纤维素酶水解法，简要介绍了它的性质，包括形状及尺寸分布、结晶度、强度、热稳定性、触变性与流变性等。总结了其在制浆造纸以及纳米复合材料中的应用情况。关键词：纳米纤维素晶体；微晶纤维素；水解；纳米复合材料中图分类号：TS721文献标识码：A文章编号：1671—4571(2

2、010)01-0055—06当今煤、石油和天然气等不可再生资源13益枯高的杨氏模量、超强的吸附能力和高的反应活性，因竭，开发利用可再生资源成为必然趋势。天然纤维此导致其性质与普通纤维素的性质有很大差异。这是一种由自身复合而成的材料，它不仅具有生物可里主要介绍一下NCC的制备方法、性质及其在纳米降解性和可再生性，而且是自然界中分布最广的生材料和制浆造纸中的应用前景。物高分子。它存在于各种各样的生物中，例如植物、1NCC的制备动物以及一些细菌等。充分发掘天然纤维的潜在性能、开发以天然纤维素为原料的新型产品将是2

3、1世纤维素有很强的分子内和分子外的氢键作用，纪可持续发展化学工程研究领域的重要课题之一。因此，从天然纤维素分离出纳米级基元原纤，并使其天然纤维中的纤维素分子是由13一(1—4)一D具有高稳定性，一直是个难题。NCC可通过酸水解一葡萄糖基构成的线性链。纤维素链在木质纤维中或酶解天然纤维素来制备，纤维素的胶状颗粒有多的聚合度大约为10000个吡喃型葡萄糖，而在棉纤种不同的描述，包括晶须、单晶、纳米晶体、微晶体纤维中聚合度约为150000。纤维素纤维由向列有序维素、纤维素微晶等。制备所用的原材料有MCC、的结晶区

4、和无序的无定形区构成，其依靠分子内和棉花、木浆、细菌纤维素、动物纤维素等。这里主要分子外的氢键以及范德华力维持着自组装的超分子介绍几种常见的制备方法：结构和原纤的形态。天然纤维素经无机稀酸水1．1无机酸水解法解可得到达到极限聚合度的固体产物：微晶纤维素最早的NCC胶体悬浮液是由Nickerson和(MicrocrystallineCellulose)，简称MCC。通常MCCHabrle在1947年用盐酸和硫酸水解木材与棉纤维的粒径大小一般为几十微米，为白色、无臭、无味的制备出的，随后R?nby等用酸解的方法

5、，以木浆和细微颗粒。MCC现在已经商品化，并广泛应用于各棉花为原料，制备了胶体粒子大小的NCC悬浮个工业领域。继MCC之后，一些由天然纤维素分离液[31。Dong等获得了以棉纤维为原料制备NCC出的、具有纳米尺度、性能优异的纤维素的制备和应的适宜硫酸浓度、酸浆比、反应温度，反应时间和超用成为科学界研究的热点，纳米纤维素晶体／晶须声波处理时间。而Gray等’通过硫酸酸解棉花、(nanocrystallinecellulose，NCC)即在此研究范围之木浆等原料获得了不同特性的NCC，并研究了其自内。NCC是一

6、种棒状的、粒径大小一般在30～组装特性和纤维素液晶的合成条件。近年来，Bond-100nm之间、可以在水中分散形成稳定悬浮液的纤eson等优化了浓硫酸水解挪威云杉木浆制备维素晶体。它不但具有纤维素的基本结构与性NCC的反应条件，获得了快速制备NCC的方法，使能，还具有纳米颗·粒的特性，如巨大的比表面积、较NCC的得率达到了30％。作者简介：吴开丽，女，制浆造纸专业研究生，研究方向：纤维资源的制浆造纸特性与生物技术。55PaperScience&Technology2010Vo1．29No．1NCC的制备所用

7、的无机酸有硫酸、盐酸、磷酸无定形区随机地进攻纤维素的骨架，使$一1，4一等。其中硫酸最为常用，也有人将硫酸和盐酸以一糖苷键断裂，从而导致纤维素分子聚合度的快速下定比例配合使用，酸水解的效果较好。纤维素酸水降；B一葡萄糖苷酶水解纤维二糖和低分子质量的解前要进行前期预处理，据所用的原料种类选择预纤维糊精，生成葡萄糖，以防止纤维二糖的积聚，减处理的方法。目前研究者多采用以下几种原料：轻其对外切酶的抑制作用。MCC、棉短绒、木浆和动物纤维素。棉短绒一般用两Hayashi等¨通过纤维素酶水解细菌纤维素制种预处理方法：

8、一种是用有机溶剂二甲基亚砜(DM-得了NCC，通过多种手段对其性质和结构进行了详SO)处理；另一种是用浓NaOH溶液预处理。木浆细的表征，并对酶水解纤维素的机理进行了简要的过2O目筛后，可不经过预处理直接进行酸水解，动介绍。NCC的制备一般要同时使用纤维素内切酶物纤维素和MCC较纯，无需进行预处理。经过预处和纤维素外切酶(CBHI)。这是由于纤维素内切理后的原料经无机强酸水解，反应终止后离心水洗，酶作用于纤维时酶