高压均质机制备纳米纤维素
高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征
浙江省富阳 市 黄 公 望 森 林 公 园 ; 聚乙烯醇( 聚合度为
１ 引 言
, 打磨粉碎后过 ６ 称 取 ２g 的 样 品 用 ０目筛( ０． ２ ５ mm) 置于７ 并不 ０． ６g 亚氯酸钠 , ５ ℃ 恒 温 水 浴 中 加 热 １h, 断摇瓶 , 如此重复 ４ 次 , 过滤洗涤后得到综纤维素 . 再 用N 纤 维 素. 将 得 到 的 α 纤 a OH 溶 液 处 理 后 得 到 α Ｇ Ｇ 维素分散到 ５ 采用高压 M ０m L 水 中, Ｇ １ １ ０ P 射流纳米 ) 均质机 ( 美国 M 内腔孔径为８ 操作 i c r o f l u i d i z e r ７μ m, 维素测定仪中 , 加入 ６ ５m L 蒸 馏 水、 ０． ５m L 冰乙酸和
;哈 尔 滨 市 科 技 创 新 人 才 资 助 项 目 基金 项 目 :中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( ２ ５ ７ ２ ０ １ ４ E B ０ １ Ｇ ０ ２) ( ) ; ) 浙江省林业工程重中之重一级学科开放基金资助项目 ( ２ ０ １ ４ R F X X J ０ ３ ８ ２ ０ １ ４ l c z ０ ０ ２ y g : 收到初稿日期 : 收到修改稿日期 : 通讯作者 : 刘志明 , ２ ０ １ ５ Ｇ ０ １ Ｇ １ ０ ２ ０ １ ５ Ｇ １ １ Ｇ ０ ９ E Ｇ m a i l z h i m i n l i u w h ＠１ ２ ６． c o m g y , 作者简介 : 余森海 ( 男, 福建永安人 , 在读硕士 , 师承刘志明教授 , 主要从事纳米纤维素复合材料研究 . １ ９ ９ １－ )
) 卷 ２ ０ １ ６ 年第 １ 期 ( ４ ７
酶解辅助高压均质制备纳米纤维素及其性质表征_向亚美
预处理方法， 如化学改性、 溶剂处理和酶解等方法
［6 ］
。
收稿日期： 2016－10－14 E－ mail： 1090112835@ 。 作者简介： 向亚美（ 1992－ ） ， 女， 硕士研究生， 研究方向： 农产品加工及贮藏工程， * 通讯作者： 张锦丽（ 1974－ ） ， E－ mail： zhangli@ 。 女， 博士， 副教授， 研究方向： 生物技术， 基金项目： 国家科技支撑技术课题 （ 2015BAD16B05－03 ） ； 山东省重大应用技术创新项目。
按 1.2.2.2 操作。 1.2.3 纳米纤维素产率计算
放入干燥器内 30 min 使其达到室温， 然后在电子天 平上称重。 产率（ % ） = （ m 1 － m 2 ） V1 × 100 m 3 V2
1
1.1
材料与方法
材料与仪器
微晶纤维素 平均粒径 45 μm 左右， 湖州市菱湖 新望化学有限公司； 纤维素酶 酶活为 434320 U / g， 泰 安信 得 利 生 物 工 程 有 限 公 司 ； 柠 檬 酸、 磷酸氢二 分析纯， 天津市凯通化学试剂有限公司 。 ZKY－303S 型超微粉碎机 北京中科浩宇科技 发展有限公司； SHA － BA 水浴恒温振荡器 常州润 钠
纳米纤维素是以富含纤维素的生物质材料为原 料， 通过去除半纤维素、 木质素等非纤维成分， 并采 用机械的、 化学的或生物的方法将其任一维尺寸缩
［1 ］ 减至 100 nm 以内的纤维素材料 。纳米纤维素的直 长度在几十到数百纳米之间 ， 具 径通常为 5～100 nm，
因此， 从天然纤维素中提取出纳米尺寸且具有高 用， 稳定性的纤维素晶体， 一直是纤维素加工领域中需 要突破的难题。 目前， 制备纳米纤维素的主要方法 包括化学法和机械法。 其中化学法主要采用强酸水 其产品通常被称为纳米微晶纤维素 ； 机械法 解法， 主要包括胶体磨强剪切、 球磨、 超声波或高压均质，
高压均质机制备纳米纤维素
纤 维素是自然界中分布最广、蕴含量最丰富的一种由 8 0 0 0～10 0 0 0 个葡 萄 糖 基通 过β-1, 4 - 糖 苷 键 连 接 而 成 的多糖。纤 维 素 是 植物 细 胞 壁 的 主 要成 分，自 然 界中，棉 花中的 纤 维 素 含 量 最高，达 9 0 % 以 上，为 天 然 的 最 纯纤维素来源，木材中的纤维素占4 0 %～50％，此 外，麻、稻 草、麦 秆、甘蔗 渣、竹 材 等 也 是 纤 维 素 的 丰 富来 源。纤 维 素 是 可以再生的、可降解的、环境友好型的天然有机物。
术
酶预处理可以使制备MFC的能量消耗值显著降低。实际 由FPInnovations和NanoQuébec于2009年联合创建的，参
上，纤维素不会被单一的酶降解，而是应该用一组纤维素酶， 与成员包括政府部门、工业企业、大学和非盈利组织，联邦政
目[10]
溶 液 和 温 和 的 条 件下，它 的 羧 基 和 醛 基官 能 团 可 以引入 进 天
麦基尔大学的G r a y教授于1992年就提出了由纤维素制
然纤维素，在这种氧化情况下，所得产品的性能主要取决于原 备NCC的方法，但直到2006年才由加拿大制浆造纸研究院开
生
始材料。当用天然纤维素，即使在极端条件下，T E M P O介导 发出了一个中试规模的NC C生产装置，实现了NC C制备和生
美国新泽西州惠帕尼的I T T R ayo n i e r实验室的Tu rb a k、 图2所示：首先用增压泵将工作压力提高，然后使一定浓度的纤维
生
Snyder和Sandb erg等人用高压均质机设备，通过高温、高压 浆料进入容积腔（如图3所示），容积腔的特殊内部设计和高压
纳米纤维素的制备及应用研究进展
直径 ５ ～ ７０ ｎｍ，
长度 １００ ～ ２５０ ｎｍ
低分子量糖，醇类
细菌合成
直径 ２０ ～ １００ ｎｍ
纤维素微纤丝（ ＭＦＣ）
１ 纳米纤维素的制备方法
径 １０ ～ ３０ ｎｍ、长度 ５０ ～ ２００ ｎｍ 的棒状纳米纤维素
素无定形区分子排列松散，从天然纤维素中提取分
纳米纤维素的最优工艺条件为：反应时间 ２０４ ｍｉｎ、
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ； ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ；广义上是指至少有一维空间尺
（ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ， ＣＮＰ） 等 ［１］ 。 按照纳米纤维
纤 维 素 纳 米 晶 体 （ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ， ＣＮＣｓ；
理，或是将用于制备纳米纤维素的纤维原料进行羧
低；磷酸对纤维素的溶解能力强，溶解速度快，不易
物理、化学或者酶处理的方法对纤维原料进行预处
甲基化预处理
［１２］
，在纤维表面引入电荷，然后再进
纳米纤维素对纤维素降解损伤小，操作简单，成本
因反应 时 间 过 长 而 导 致 纤 维 素 的 过 度 降 解。 欧
度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性，能够明显改善材料的光、电、磁等性能，在复合材料、精细化工、医
药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。 进一步对纳米纤维素的结构进行调控，在纳米尺度操控纤维素
超分子聚集体，进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料，即可以纤维素为原料构建具有优异性
能的生物质材料，这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。 概括了目前纳米纤维素的主要制备
素主要分为 ３ 种类别，如表 １ 所示。 如果在分子水
浅析纳米纤维素的制备方法
浅析纳米纤维素的制备方法摘要：纳米纤维素是一种可降解、可再生、高强度、高模量材料，作为增强相在热塑性塑料改性领域有着巨大的应用潜力，纳米纤维素的制备进行分析与研究。
关键词：纳米纤维素；制备；方法前言纤维素是一种分子刚性大且不溶于水的天然高分子，通常与植物细胞壁上的木质素与半纤维素相结合，是维持植物细胞壁结构的一种重要物质。
由于纳米纤维素具有高强度以及高模量的特点，因此，能够作为增强相应用于聚合物的增强改性。
而纳米纤维素本身表现出高亲水性，使得其最初多应用于水溶性聚合物的增强改性。
随着人们对纳米纤维素认识的不断加深以及对其应用的期待不断提升，纳米纤维素作为热塑性塑料的一种增强相越来越得到研究人员的重视。
1机械法机械法主要是通过强烈物理剪切力使得纤维素去纤化，然后分离出纳米纤维素纤维（CNF），见图1。
常用的机械处理方法有高压均质法、研磨法、球磨法、蒸汽爆破法等。
第一种方法是使用离子液体([Bmim]Cl)对甘蔗渣进行预处理，将预处理过的甘蔗渣纤维素在高压均质机中循环处理 30 次，成功分离出纳米纤维素；第二种方法：在常温常压下，以膨润过的软木浆为原料，通过球磨的方法制备出了平均直径小于 100nm 的纳米纤维素。
实验过程采用了控制变量的方法，探究了各因素对纳米纤维素制备的影响规律。
结果表明，球磨球的大小对最终纳米纤维素的形态和尺寸影响很大；第三种：以未漂白的甘蔗渣为原料，经木聚糖酶和冷碱预处理，去除部分半纤维素，将部分纤维素 I 转化为纤维素 II。
通过超微粉碎和高压均质，得到了纤维素纳米纤维。
同时发现，木聚糖酶预处理可以改善纳米纤维在机械处理过程中的分散性，同时提高其结晶度。
随着碱浓度的增加，晶体结构改变，这对其热稳定性会产生影响。
图1常见的机械物理制备纳米纤维素的方法机械物理法制得的纳米纤维素长径比高，柔韧性好，但是往往存在着尺寸较大、分布不均匀等问题，所以需要采用不同的方法对纤维素原料进行预处理。
纳米纤维素的制备及应用
纳米纤维素的制备及应用左艳;刘敏【摘要】综述了纳米纤维素的来源及制备以及其在各个领域的应用,为其进一步开发利用提供一定的参考.【期刊名称】《纺织科技进展》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P13-16)【关键词】纳米纤维素;制备;应用【作者】左艳;刘敏【作者单位】四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TS102.51纤维素是自然界的丰富可再生产物之一，棉花、木材、农业废弃物等都是纤维素的来源，纤维素已经广泛应用于诸多行业，如废水处理，医药，造纸，建筑等行业。
纳米纤维素是纤维素的物理最小结构单元，是指直径在1～100 nm之间的纤维。
纳米纤维素质轻，可降解且具有杨氏模量高，聚合度高，结晶度高，强度高，比表面积大等优势，这使其在诸多领域都有很好的应用。
现在的环保意识逐渐增强，与其他纳米材料相比，纳米纤维素生物相容性好，可生物降解，可再生，反应活性高等优势使对纳米纤维素的利用研究越来越多。
为更好的制备和应用纳米纤维素，本文综述了纳米纤维素的制备方法及其应用。
纳米纤维素主要来源于纤维素，纤维素来源又分为植物纤维素，细菌纤维素，人工合成纤维素。
植物纤维素主要来自富含纤维素的植物如棉花，木材，禾草类植物(稻草，玉米秆，芦苇，竹纤维等)，韧皮纤维植物(大麻，剑麻，亚麻等)，农作物废弃物(秸秆，蒿草等)以及这些植物的加工产物如木浆，草浆等[1]。
细菌纤维素是通过微生物代谢糖源得到的高纯度纤维素，研究发现木醋杆菌能产生纤维素[2]。
除木醋杆菌可以生产细菌纤维素外，假单细胞杆菌属和固氮菌属等菌属种某些特定的细菌也能产生细菌纤维素。
纳米纤维素可以通过物理方法，化学方法，生物方法以及物理化学方法结合在一起的方法由纤维素制得，也可以通过静电纺丝等方法制得。
1.1 物理方法物理方法主要是将原材料进行机械处理，包括高压均质方法，高速搅拌法，热压法，研磨，冷冻粉碎，超声波处理等。
纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用论文
纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用论文纳米纤维素包含纳米纤维素晶体、纳米纤维素纤维和细菌纳米纤维素 3 种类型。
由于其具有高强度、大比外表积、高透明性等优良性能，成为目前纳米材料领域研究的热点。
本文综述了近年来国内外纳米纤维素的主要制备方法，并对纳米纤维素在复合材料领域中的应用研究进展了总结。
纳米纤维素；制备；纳米复合材料；应用。
Abstract: There are three types of nano cellulose: nano crystalline cellulose,nano cellulose fiber and bacterial nano cellulose. Due to itshigh strength,high specific surface area,high transparency and other excellent properties,nano cellulose bees one of the hotspots in ma-terial research field. This paper reviewed the recent progress in its preparation methods,and its application in the field of posite materi-als.Key words: nano cellulose; preparation; nano posite materials; application.纤维素（ Cellulose）是一种天然高分子化合物，已经成为人类社会不可或缺的重要资源。
纤维素主要植物（如棉、麻、木、竹等） ,与合成高分子材料相比，具有可再生、可降解、本钱低廉、储量丰富等优点。
纳米纤维素（ Nano Cellulose,NC）是指直径在1 ~100 nm,具有一定长径比，化学成分为纤维素的纳米高分子材料。
纳米纤维素气凝胶的制备与应用
纳米纤维素气凝胶的制备与应用孙镇镇/文【摘要】气凝胶作为世界上最轻的固体之一，一经发现便引起了专家学者的争相研究，纳米纤维素基气凝胶在具备传统气凝胶特性的基础上融入了纳米纤维素的可再生、低密度、低生物降解性、低成本和无毒等特性成为了继无机气凝胶和有机聚合物气凝胶后的新一代气凝胶材料。
本文介绍了纳米纤维素的基本特性，对纳米纤维素气凝胶的制备方法进行了重点阐述，最后对其应用进行了展望。
【关键词】纳米纤维素气凝胶；特性；制备方法；应用气凝胶作为世界上最轻的固体之一，一经发现便引起了专家学者的争相研究，其种类也得到了极大的丰富，有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系以及金属系等。
纳米纤维素基气凝胶在具备传统气凝胶特性的基础上融入了纳米纤维素的可再生、低密度、低生物降解性、低成本和无毒等特性成为了继无机气凝胶和有机聚合物气凝胶后的新一代气凝胶材料。
纳米纤维素是指直径小于100nm，长度可从几百纳米到微米级别的纤维素聚集体[1]。
以形态分，纳米纤维素主要分为纳米微晶纤维素（部分文献中也称为纳米纤维素晶须，通常记为NCC或者 CNC）和纳米微细化纤维素（有时也被称为微米微细化纤维，通常记为 NFC，CNF或者 MFC）两类。
1.纳米纤维素的基本特性纤维素分子链通过氢键结合构成具有结晶区和无定型区的原纤丝，进而聚集成微纤丝。
分离微纤丝、提取纤维素结晶可得到直径小于100nm的纳米纤维素。
纳米纤维素尺寸小，却具有优良的力学性能以及热学性能。
在力学性能方面，纳米纤维素弹性模量高（大于140GPa）、密度低，导致其单位质量弹性模量甚至高于钢铁、铝等常用金属建筑材料[2]。
1.1自组装性能自组装性能是纳米纤维素的一个重要特性，纳米纤维素表面存在大量带电官能团（如磺酸基、羧基），因而可均匀稳定地分散在水中连续地从纳米纤维素水溶液中去除水分可使纳米纤维素以一定的构型排列，最小化纳米纤维素间的静电作用力，自组装成液晶。
1.2负抗磁各向异性纳米纤维素具有负抗磁各向异性，在外界电场、磁场作用力以及剪切力引导下可有序排列。
预处理对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１６)０１Ｇ０１０４９Ｇ０４预处理对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响∗郭㊀婷,裴㊀莹,郑学晶,汤克勇(郑州大学材料科学与工程学院,郑州４５００５２)摘㊀要:㊀分别采用超声分散和机械搅拌两种方法预处理碱液中的微晶纤维素,再在１２００b a r压力下通过高压均质法制备了微纤化纤维素,并研究了两种预处理方法对微纤化纤维素结构与性能的影响.通过对扫描电子显微镜(S E M),傅里叶红外光谱(F TＧI R),X射线衍射(X R D)和热性能的分析表明,所得到的微纤化纤维素仍保持微晶纤维素的基本化学结构和晶型,但长径比增大了,热降解活化能降低了.其中,超声辅助处理的微纤化纤维素(M F CＧ２)分散更均匀,结晶度最大,说明这种预处理方法更利于形成分子排列规整度较高的聚集态结构.关键词:㊀微晶纤维素;超声分散;机械处理;高压均质;微纤化纤维素中图分类号:㊀T B３０３文献标识码:A D O I:１０．３９６９/j．i s s n．１００１Ｇ９７３１．２０１６．０１．０１０１㊀引㊀言１９８３年,T u r b a k等[１]首次使用G a u l i n均质器开发了一种新型纤维素产品,即微纤化纤维素(m i c r o f iＧb r i l l a t e d c e l l u l o s e s,简称M F C).M F C是由天然木质纤维通过化学或机械方法制得的纳米微纤,其长径比较高,微纤间通过氢键易形成微纤网络结构,是一种备受关注的生物质纳米材料.目前,M F C的制备方法主要有机械法㊁酸法与酶解法等[２].其中,机械法主要采用高压均质的物理方法,此方法操作简单且环境友好.高压均质法的机理是纤维悬浮液在狭小的机械力作用空间内,受到来自高压引起的剪切力作用,使纤维素微纤纵向彼此分离实现微纤化,以获得具有纳米结构的M F C.这种强烈机械力作用的均质过程通常需要重复多次,耗能较大.为使微纤化能顺利进行,对纤维素进行预处理就显得十分必要.预处理方式及条件㊁纤维素的活化状况不同,对高压均质后M F C的结构与性能均产生重要影响.S a i t o等[３Ｇ４]使用四甲基哌啶的氧化体系,将羧基和醛基接枝到纤维表面.Pääk kö, H e n r i k s s o n等[５Ｇ６]通过内切葡聚糖酶预处理,增加了纤维的润涨作用,有利于纤维的分解.W e i㊁T i s c h e r 等[７Ｇ８]发现,超声波辅助制备的纤维素结构发生了变化,可使纤维素活化,提高可及度.本文采用超声分散和机械搅拌两种方法对碱液中的微晶纤维素进行预处理,探讨了预处理方法对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响.２㊀实㊀验２．１㊀试剂与仪器微晶纤维素(M C C),聚合度２６０,药用级,曲阜市天利药用敷料有限公司;氢氧化钠,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;A P V１０００/２０００型高压均质机,斯必克流体技术有限公司;K QＧ２５０B型超声处理器,超声频率４０k H z,功率２５０W,昆山市超声仪器有限公司.２．２㊀实验过程称取６g M C C分散于１８０m L,１０％(质量分数)的氢氧化钠中,得到M C C碱性分散液.将分散液置于频率４０k H z,功率２５０W的超声处理器中进行超声处理２h后,将此分散液在１２００b a r的压力下均质３０次,所得M F C样品标记为M F CＧ２.将M C C的碱性分散液在６０ħ,３００r/m i n的转速下搅拌２h,经相同均质条件处理后所得M F C样品标记为M F CＧ３.将不经任何预处理,直接均质所得的微纤化纤维素标记为M F CＧ１,作为实验对照.２．３㊀测试与表征将试样经冷冻干燥并表面喷金后,采用J S MＧ７５００F型场发射扫描电子显微镜观察其表面形态,加速电压为３k V.将试样研碎成粉末,于盛有P２O５的干燥器中充分干燥.采用K B r压片法制备红外表征样品,利用T h e r m oN i c o l e t I R２００型傅里叶红外光谱仪分析对比均质前后纤维素的红外谱图.利用X P e r tP r oX射线衍射仪分析试样结晶的结构.测试采用C u靶,辐射λ为０．１５４１７８n m,扫描范围(２θ)为３~６０ʎ,步宽０．０３３ʎ.根据以下公式计算结晶度(X c)X c＝(I１０１－－I a m)/I１０１－ˑ１００％(１)㊀㊀其中,I１０１－为晶体(１０１－)面的吸收强度,I a m为无定形区吸收强度[１１].９４０１０郭㊀婷等:预处理对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１３７３１５８);河南省科技创新杰出人才资助项目(１４４２００５１００１８)收到初稿日期:２０１５Ｇ０３Ｇ１５收到修改稿日期:２０１５Ｇ０６Ｇ２０通讯作者:汤克勇,EＧm a i l:k y t a n g＠z z u．e d u．c n 作者简介:郭㊀婷㊀(１９８７－),女,呼和浩特人,在读博士,师承汤克勇教授,从事高分子材料研究.㊀㊀采用T G A/D S C１/１６００型同步热分析仪测量氮气气氛保护下试样的热失重,升温速度为２０ħ/m i n,扫描温度范围２５~８００ħ.采用K i s s i n g e r法计算处理前后试样的热降解活化能.该方法假定热降解曲线的峰值处的反应速率最大,且反应服从动力学方程,其表达式为l n(β/Tα２)＝l n(A R/Eα)－Eα/R T(２)㊀㊀式中,Eα为活化能,k J/m o l;A为指前因子;R为气体常数,８．３１４J/(K m o l);β为加热速率,K/m i n;α为转化率,即样品在时间t时已经反应的分数;Tα为转化率为α时的温度.由l n(β/Tα２)与１/T的拟合直线斜率即可求出反应活化能.３㊀结果与讨论３．１㊀形貌表征图１为M C C及M F C试样的扫描电镜图片.根据图１(a)所示,微晶纤维素呈短棒状结构,直径约为１０~３０μm,长度约４０μm,长径比较小.而微纤化纤维素具有微细纤维的外形,直径大约为１００~５００n m,拥有较高的长径比,若干条微纤化纤维素构成了纳米网络结构(如图１(b)Ｇ(d)所示).图１(b)㊁(d)所示M F CＧ１和M F CＧ３纤维表面光滑,部分纤维间发生团聚现象.而不同倍数的M F CＧ２试样如图１(c)所示,微纤维分散更均匀,甚少粘连.超声辅助法制备的M F CＧ２表面出现了裂纹,这是由于超声波空化效应产生的微射流可使细胞壁发生变形[７].这种细胞壁的变形和破坏,极大增加了纤维与碱液的接触面积,在一定程度上使更多碱液渗透至纤维素内部,使具有多级结构的纤维素产生润胀,从而更加有利于微纤化处理.这种独特的三维网状结构作为增强体,可有效地提高基体材料的强度.图１㊀M C C㊁M F CＧ１㊁M F CＧ２和M F CＧ３扫描电镜图F i g１S E M m i c r o g r a p h s o f t h e s a m p l e s:M C C,M F CＧ１,M F CＧ２a n d M F CＧ３３．２㊀红外吸收光谱图２所示为M C C及所得M F C的红外光谱.波数为８９５c m－１的峰对应的是纤维素βＧD葡萄糖基的振动频率[９].１０５９c m－１为C O的伸缩振动,１１６５c m－１处为纤维素C O C不对称伸缩振动的吸收峰,１３１９c m－１附近为酮C C O C骨架振动峰,１４２９c m－１为纤维素 C H２剪式振动吸收峰,１６３８c m－１附近为吸附水分子H O H的弯曲振动吸收峰,２９００c m－１为烷烃C H骨架振动峰.３３７３c m－１附近是分子内羟基O H所形成的氢键的伸缩振动峰[１０].图２㊀M C C和M F C的F TＧI R谱图F i g２F TＧI Rs p e c t r a o fM C Ca n d M F C由图２可知,微晶纤维素所反映的纤维素特征峰在处理前后并无明显变化,说明高压均质处理并没有０５０１０２０１６年第１期(４７)卷改变纤维素基团的基本化学结构.值得注意的是,M F C 的氢键特征峰由３３７３c m －１移到３４３０c m －１处.经过高压均质处理后,纤维素中的多级结构分离成纳米纤维素微纤维,比表面积增大,体系中形成了更多的氢键,因此该特征峰移向高波数[１１Ｇ１２].３．３㊀晶型结晶度分析M C C 及M F C 的X R D 衍射图谱如图３所示,M F C 仍保持M C C 的结晶构型,均属于纤维素Ⅰ型,其结晶晶胞构造相同,都属于单斜晶系.在２θ＝２２ʎ附近出现了(００２)衍射的极大峰值,在２θ＝１６ʎ附近出现为(１０１)衍射面的衍射峰,２θ＝３５ʎ附近是(０４０)面的衍射峰.通过公式(１)计算了４种纤维素的结晶度(表１).图３㊀M C C 和M F C 的X R D 图F i g ３X R D i m a ge s o fM C Ca n d M F C 表１㊀M C C 和M F C 的结晶度T a b l e １T h e c r ys t a l l i n e i n d e xo fM C Ca n d M F C M C C M F C Ｇ１M F C Ｇ２M F C Ｇ３C r y s t a l l i n e t y pe C e l l u l o s e ⅠC e l l u l o s e ⅠC e l l u l o s e ⅠC e l l u l o s eⅠC r ys t a l l i n e i n d e x /％５１．２３９．９５９．３５３．５㊀㊀对比M C C ,均质所得M F C Ｇ１衍射峰强度降低.高压均质作用于纤维素的非晶区和有结晶缺陷的区域,破坏纤维素分子内和分子间氢键,从而降低了纤维素的规整度,使结晶度下降.经过碱处理后,在高压均质得到的微纤化纤维素M F C Ｇ２㊁M F C Ｇ３的衍射峰更加尖锐,衍射强度增大,结晶度较M C C 增加.一方面,碱处理使得纤维素得到了充分的润涨,高压均质的剪切作用就更加充分,使微纤化纤维素的比表面积增大,氢键作用增强,表现在衍射峰强度的增加[１３].另一方面,碱处理破坏了纤维素的无定形区,使结晶度增大[１４].而超声碱处理(M F C Ｇ２)的声空化作用使碱液更大程度地抵达纤维素的羟基,可及度增大,较机械搅拌碱处理试样(M F C Ｇ３)结晶度也更大.因此,超声辅助碱处理更利于形成分子排列规整度较高的聚集态结构.３．４㊀热稳定性分析M C C 及M F C 试样的热失重曲线如图４所示.由图可知,试样的降解分为３个阶段.第一个阶段在５０~１５０ħ出现少量失重,是由于各种形式吸附水的蒸发,吸附水量大约为５％左右;第二阶段试样失重最多(２５０~４００ħ),主要是纤维素分子链断裂,多糖结构被破坏;第三阶段是试样炭化残留物的分解.图４㊀M C C 和M F C 的热重分析F i g ４T Ga n dD T Gt h e r m o g r a ph s o fM C Ca n d M F C 表２㊀M C C 和M F C 的热降解活化能T a b l e２T h e r m a ld e g r a d a t i o na c t i v a t i o ne n e r gi e so f t h e s a m pl e s M C CM F C Ｇ１M F C Ｇ２M F C Ｇ３E α/k J m o l －１２４１．５１５３．０１６２．２１５０．０㊀㊀M C C 的热失重主要发生在３００~３７０ħ之间,失重极值为３５０ħ.与M C C 相比,M F C 的失重峰温度和失重速率都有所降低,结合热降解活化能(表２),发现M F C 的热降解活化能均低于M C C ,说明微纤化后的纤维素热稳定性下降了.M F C Ｇ１的失重峰温度最低,为３３０ħ,且降解速率最快.结合X R D 结果,M F C Ｇ１结晶度较低,无定形区相对较多,趋向于无规整的聚集态结构,使得微纤化纤维素在较低的温度下就开始吸热分解,导致失重峰温度降低[１５Ｇ１６].而M F C Ｇ２㊁M F C Ｇ３的失重峰温度分别为３４２和３４０ħ,降解速率相差不大,较M F C Ｇ１降解缓慢.碱液的润胀破坏了纤维素的无定形区,使其结晶度增大,失重峰温度较高.M F C Ｇ２的热降解活化能大于M F C Ｇ３,结合X R D 结果,M F C Ｇ２的结晶度增大,受热时需要更多的能量才能破坏其纤维结构,表明超声辅助碱处理在一定程度上提高了微纤化纤维素的稳定性.M C C ㊁M F C Ｇ１㊁M F C Ｇ２㊁M F C Ｇ３在５５０ħ后的残余量分别为１４％,２８％,１９％和２１％.其中,M F C Ｇ１的残余量最多,M F C Ｇ２和M F C Ｇ３相差不大,说明通过碱液的润胀,使得纤维素的可及度和反应活性显著提高,在加热过程中降解更加充分.１５０１０郭㊀婷等:预处理对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响４㊀结㊀论以微晶纤维素为原料,采用超声分散和机械搅拌两种方法对碱性条件下的微晶纤维素进行预处理,分别得到不同微纤化纤维素试样.结果表明,所得微纤化纤维素仍保持微晶纤维素的基本化学结构和结晶构型,拥有较高长径比,微纤维间呈网络结构.相对于微纤化纤维素M F C Ｇ１,经碱处理制得的M F C Ｇ２㊁M F C Ｇ３的结晶度增大,热稳定性增强.在超声分散和机械搅拌两种方法中,在碱液中超声分散的微纤化纤维素M F C Ｇ２分散更加均匀,结构更疏松,比表面积更大,更易于形成分子排列规整度较高的晶体.参考文献:[１]㊀T u r b a kF ,S n y d e rW ,S a n d b e r g R．M i c r o f i b r i l l a t e d c e l l u Ｇl o s e ,a n e wc e l l u l o s e p r o d u c t :p r o p e r t i e s ,u s e s ,a n d c o m Ｇm e r c i a l p o t e n t i a l [J ]．J o u r n a lo f A p p l i e d P o l ym e rS c i Ｇe n c e :A p p l i e dP o l y m e r S y m po s i u m ,１９８３,３７:８１５Ｇ２７．[２]㊀C h e n g Q ,W a n g S ,R i a l sT．P h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p r o pＧe r t i e so f p o l y v i n y la l c o h o la n d p o l y p r o p y l e n ec o m p o s i t e m a t e r i a l sr e i n f o r c e d w i t hf i b r i la g g r e ga t e si s o l a t e df r o m r e ge n e r a t e d c e l l u l o s ef i b e r s [J ]．C e l l u l o s e ,２００７,１４(６):５９３Ｇ６０２．[３]㊀S a i t oT ,Y a n a g i s a w aM ,I s o ga iA．T E M P O Ｇm e d i a t e d o x Ｇi d a t i o no fn a t i v ec e l l u l o s e :S E C ＧMA L L Sa n a l y s i so fw a Ｇt e r Ｇs o l ub l ea n dＧi n s o l u b l ef r ac t i o n s i nt h eo x id i ze d p r o d Ｇu c t s [J ]．C e l l u l o s e ,２００５,１２(３):３０５Ｇ３１５．[４]㊀S a i t oT ,H i r o t aM ,R a m u r aN ,e t a l ．I n d i v i d u a l i z a t i o no fn a n o Ｇs i z e d p l a n t c e l l u l o s e f i b r i l sb y d i r e c t s u r f a c e c a r b o x Ｇy l a t i o nu s i n g T E M P O c a t a l ys tu n d e rn e u t r a lc o n d i t i o n s [J ]．B i o m a c r o m o l e c u l e s ,２００９,１０(７):１９９２Ｇ１９９６．[５]㊀P ääk k öM ,A n k e r f o r s M ,K o s o n e n H ,e t a l ．E n z ym a t i c h y d r o l y s i s c o m b i n e d w i t h m e c h a n i c a l s h e a r i n g a n dh i gh Ｇp r e s s u r e h o m o ge n i z a t i o nf o r n a n o s c a l e c e l l u l o s e f i b r i l s a n d s t r o n gg e l s [J ]．B i o m a c r o m o l e c u l e s ,２００７,８(６):１９３４Ｇ１９４１．[６]㊀H e n r i k s s o n M ,H e n r i k s s o nG ,B e r gl u n dL A．A ne n v i r o n Ｇm e n t a l l y f r i e n d l y m e t h o d f o r e n z y m e Ｇa s s i s t e d p r e pa r a t i o n o fm i c r o f ib r i l l a t e dc e l l u l o s e (M F C )n a n o f i b e r s [J ]．E u r o Ｇp e a nP o l ym e r J o u r n a l ,２００７,４３(８):３４３４Ｇ３４４１．[７]㊀T i s c h e r PCSF ,S i e r a k o w s k iM R ,W e s t f a h lH．N a n o s t r u c Ｇt u r a l r e o r g a n i z a t i o no fb a c t e r i a l c e l l u l o s eb y ul t r a s o n i c t r e a t Ｇm e n t [J ]．B i o m a c r o m o l e c u l e s ,２０１０,１１(５):１２１７Ｇ１２２４．[８]㊀L iW ,Y u e J ,L i uS ．P r e p a r a t i o no f n a n o c r y s t a l l i n e c e l l u Ｇl o s e v i a u l t r a s o u n d a n d i t s r e i n f o r c e m e n t c a p a b i l i t yf o r p o Ｇl y (v i n y l a l c o h o l )c o m p o s i t e s [J ]．U l t r a s o n i c sS o n o c h e m Ｇi s t r y ,２０１２,１９(３):４７９Ｇ４８５．[９]㊀A l e m d a rA ,S a i n M．I s o l a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fn a n o f i Ｇb e r s f r o ma g r ic u l t u r a l r e s id ue s Ｇw h e a t s t r a wa n d s o y hu l l s [J ]．B i o r e s o u r c eT e c h n o l o g y ,２００８,９９(６):１６６４Ｇ１６７１．[１０]㊀Y eD a i y o n g ,Y a n g Ji e ．N a n o c e l l u l o s ew h i s k e r s d u a l g r a f t Ｇi n g w i t h a c r y l i c a c i d a n d a c r y l a m i d e f o r C u ２＋a d s o r p t i o n [J ]．J o u r n a lo f F u n c t i o n a l M a t e r i a l s ,２０１４,４５(６):０６００１Ｇ０６００５．[１１]㊀C a oY ,T a n H M．E f f e c t so f c e l l u l a s eo nt h em o d i f i c a Ｇt i o no f c e l l u l o s e [J ]．C a r b o h y d r a t eR e s e a r c h ,２００２,３３７(１４):１２９１Ｇ１２９６．[１２]㊀P i r i t aR ,P a a v oP ,K i r s i S ,e t a l ．T h ee f f e c to fd r y i n gm e t h o do n t h e p r o pe r t i e s a n dn a n o s c a l e s t r u c t u r eof c e l Ｇl u l o s ew h i s k e r s [J ]．C e l l u l o s e ,２０１２,１９(３):９０１Ｇ９１２．[１３]㊀Z h a ng L i n a ,G u o J i ,D uY u m i n g ．M o r ph o l o g y a n d p r o pＧe r t i e s o f c e l l u l o s e /c h i t i n b l e n d s m e m b r a n e s f r o m N a OH /t h i o u r e a a qu e o u s s o l u t i o n [C ]//:C C A S ⅢC h i t i n C h e m i s t r y a n dA p p l i c a t i o nS y m po s i u m ,２００１．２４３Ｇ２４８．[１４]㊀Z h uSD ,W uY X ,Y uZ N ,e t a l ．M i c r o w a v e Ｇa s s i s t e da l k a l i p r e Ｇt r e a t m e n t o fw h e a t s t r a wa n d i t s e n z y m a t i c h yＧd r o l y s i s [J ]．B i o s y s t e m s E n g i n e e r i n g,２００６,９４(３):４３７Ｇ４４２．[１５]㊀G u o R ,D i n g E Y．R h e o l o gi c a lc h a r a c t e r sr e s e a r c ho n n a n o c r y s t a l l i n e c e l l u l o s ec o l l o i d [J ]．P o l y m e r M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,２００６,２２(５):１２５Ｇ１２７．[１６]㊀A l e m d a rA ,S a i n M．B i o c o m po s i t e sf r o m w h e a ts t r a w n a n o f i b e r s M o r p h o l o g y ,t h e r m a la n d m e c h a n i c a l p r o pＧe r t i e s [J ]．C o m p o s i t e sS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,２００８,６８(２):５５７Ｇ５６５．I n f l u e n c e o f p r e t r e a t m e n t o n t h e s t r u c t u r e a n d p r o pe r t i e s o fm i c r of i b r i l l a t e d c e l l u l o s e sG U O T i n g ,P E IY i n g ,Z H E N G X u e j i n g ,T A N G K e y o n g(C o l l e g e o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y ,Z h e n g z h o u４５００５２,C h i n a )A b s t r a c t :I n t h e p r e s e n t p a p e r ,m i c r o f i b r i l l a t e d c e l l u l o s e (M F C )w a s t r e a t e db y ei t h e rm e t h o d o f u l t r a s o n i c d i s Ｇp e r s i o no rm e c h a n i c a l a g i t a t i o n i n a l k a l i n e c o n d i t i o n s ,f o l l o w e db y t h e p h y s i c a lm e t h o d o f h i g h p r e s s u r e h o m o gＧe n i z a t i o n i n１２００b a r ．B y me a n s of S E M ,F T ＧI R ,X R Da n dT G A ,i tw a s s h o w e d t h a t t h e b a s i c c h e m i c a l s t r u c Ｇt u r e a n d c r y s t a l l i n e c o n f ig u r a t i o n o fM F Cw a s n o t ch a n g e d ,a n d a l k a li t r e a t m e n tw a s c o n d u c i v e t o d e v e l o p M F C w i t hh i g hc r y s t a l l i n i t y ．A f t e r t h eu l t r a s o n i c d i s p e r s i o n ,m i c r o f i b r i l l a t e dc e l l u l o s ed i s p e r s e dm o r eu n i f o r m l y an d e a s i l y f o r m e d a c e l l u l o s e c r y s t a l l i n ew i t hh i g h e r r e g u l a r i t y．K e y w o r d s :m i c r o c r y s t a l l i n e c e l l u l o s e ;u l t r a s o n i cd i s p e r s i o n ;m e c h a n i c a l a g i t a t i o n ;h i g h p r e s s u r eh o m o ge n i z a t i o n ;m i c r of i b r i l l a t e d c e l l u l o s e s２５０１０２０１６年第１期(４７)卷。
响应面优化高压均质法制备纳米竹笋膳食纤维
Ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈｉ ｇ ｈｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｈｏ ｍｏ ｇ ｅ ｎｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎａ ｎｏ ｂａ ｍ ｂｏ ｏ ｓ ｈｏ ｏ ｔ ｓ ｄｉ ｅ ｔ ａ ｒ ｙ ｉｂｅ ｆ ｒ ｂｙ ｒ ｅ ｓ ｐｏ ｎｓ ｅ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈｏｄｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｎａ ｎｏ ｂａ ｍｂｏｏ ｓ ｈｏｏ ｔ ｓ ｄｉ ｅ ｔ ａ ｒ ｙ ｉｂｅ ｆ ｒ ；ｈｉ ｇ ｈ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｈｏ ｍｏ ｇｅ ｎｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｒ ｅ ｓ ｐｏｎｓ ｅ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ
２ ０ １ ７年 第 ３ ０卷 第 ３期
粮 食 与 油 脂
５ ７
响应面优化 高压均质 法制备纳米竹 笋膳食 纤维
陈慕莹 。 张可琚 ， 吴嘉豪 ， 郑 炯 （ １ ． 西 南大 学食 品科 学学 院 ， 重庆 ４ ０ ０ ７ １ ５ ；
２ ． 重庆 市特 色食 品 工程技 术研 究 中心 ， 重庆 摘 ４ ０ ０ ７ １ ５） 要： 以 大 叶麻 竹 笋 为 原料 ， 单 因素 试 验 的基 础 上 ， 通 过 响 应 面 法对 高压 均质 技 术制 备 纳 米 竹
ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ３ ３ Ｍ Ｐａ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｎ ａ ｎ ｏ ｂ ａ ｍｂ ｏ ｏ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｄ ｉ ｅ ｔ ａ ｒ ｙ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｗａ ｓ ８ ３ ． ３ ４ ％ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ
一种通过超临界-高压均质技术制备秸秆纳米纤维素分散液的方法[发明专利]
![一种通过超临界-高压均质技术制备秸秆纳米纤维素分散液的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/93678358c77da26924c5b08d.png)
专利名称：一种通过超临界-高压均质技术制备秸秆纳米纤维素分散液的方法
专利类型：发明专利
发明人：袁艳萍,朱志龙,宰建陶
申请号：CN202010884970.8
申请日：20200828
公开号：CN111979820A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种通过超临界‑高压均质技术制备秸秆纳米纤维素分散液的方法，按量称取秸秆粉，将其溶于去离子水中；随后置于超临界反应釜内，调节相应压力、反应时间；泄压取出后即可得到纤维素。
制备纤维素的初级溶液，通过高压均质技术制备纳米纤维素分散液。
本制备方法制备过程不适用有毒、有害溶剂，对环境无污染；产出产物中无毒害残留溶剂；制备的纳米纤维素分散液均匀、分散性好、固含量高、稳定性高；全部制备过程工艺简单，成本低廉，较容易实现产业化放大及工业化规模生产。
申请人：扬州交石新材料科技有限公司
地址：225006 江苏省扬州市广陵区文昌东路99号
国籍：CN
代理机构：北京盛询知识产权代理有限公司
代理人：张海青
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狭小区域内产生类似爆炸效应的强烈的空穴作用，同时伴随着
用冷冻粉碎的方式制备M F C的工艺：首先用液氮将纤维
浆料通过阀芯和阀座间的狭缝产生的剪切作用以及与冲击环撞 浆料冷冻使纤维中的水分形成冰晶，然后用机械粉碎的方式以
击产生的高速撞击作用，使纤维分丝解裂，纤维得到微细化。
形成高的冲击力使纤维细胞壁剥离，随后将纤维稀释成一定浓
物
氧化后，最初的纤维形态大部分保持，在这种情况下，氧化仅 产上的突破。目前，世界各地对纳米纤维素的研究方兴未艾，
质
发生在微细纤维的表面，使之带负电荷，此负电荷使纳米纤维
北美、欧洲和日本等国家和地区开展了多个合作研究项目。
精 炼
互相排斥，从而容易纤丝化。
3.1 北美的研究项目
技
2.2.3 酶预处理
A r b o r a N a n o（加拿大森林纳米产品研发技术联盟）是
33 Mar., 2013 Vol.34, No.6 China Pulp & Paper Industry
综述
46.."3*;&
“微纤化纤维素”这一术语首先是由I T T R ayo n i e r申
微射流处理机（Microfluidizer processor）常用于化妆品、
请 的 专 利 和 发 表 的 论文中提出的。2 0 世 纪 8 0 年代 初，位于 生物技术和制药行业。用微射流处理机制备M F C的工作原理如
均质化过程中的压力降通常约为55M P a（8000p s i），纤 度的浆料，再用高压均质化处理即可得到比较稳定的M FC分散
维浆料被循环均质化处理10～20次可得到直径小于100n m的 悬浮液。但是，此制备方式的效率比较低，不适合规模化生产。
MFC。然而，高压均质化是一个能量集中型过程，会消耗大量的 2.2 预处理
碱 预 处 理 的 作用主 要 是 破 坏 纤 维中的 木 素 成 分，并 有助 于 解 离 碳 水化合 物 和 木 素之 间的 结 构 联 系。轻 度 的 碱 处 理 可 以使 木素溶解，同时保留果胶和半纤维素，碱抽提 需要严格 控制，避免使纤维素降 解，并确保水解反应仅发生在纤维 表
უ૰ 大至工业化连续生 产。
可再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出很大的应用 2.1.3 精细研磨
前景。纳 米 纤 维 素 悬 浮 液 还 具 有假 塑性、触 变 性，利用其 独 特
用精细研磨的方式也可以制备出M F C，所用主要设备是
的 流 变特 性可用于 聚合 物、造 纸、生物 材 料 等 领 域 [2]。
研磨 粉 碎 机。研磨 粉 碎 机 的 核心 部 件 是由两个 研磨 砥 石构成
Overview on preparation and research projects of nanocellulose
⊙ HU Yun, LIU Jin-gang (China National Pulp and Paper Research Institute, Beijing 100102, China)
美国新泽西州惠帕尼的I T T R ayo n i e r实验室的Tu rb a k、 图2所示：首先用增压泵将工作压力提高，然后使一定浓度的纤维
生
Snyder和Sandb erg等人用高压均质机设备，通过高温、高压 浆料进入容积腔（如图3所示），容积腔的特殊内部设计和高压
物 质
和强烈冲击剪切的方式首次制备出微纤化纤维素。
将 纤 维 素 的尺寸 缩 减 至 纳 米尺寸，即 形成 纳 米 纤 维 素。 进 入 2 0 世 纪 9 0 年代，尤 其是 最 近10 年，纳 米 纤 维 素 的 相 关 研 究已 成 为 纤 维 素 科 学 研 究领 域 的 热 点，随 着 科 研人员研 究 的 深 入，不 断 取得 新 的发 现 和 成 果，揭 示 出 纳 米 纤 维 素 在 许 多 领 域 具 有很大 的应 用潜力。
能 源；植物 纤维中
用物理机械的方式从植物纤维素制备M F C或N F C通常
的长纤维经常会引 需要消耗较大的能量，20000～30000k W h/t左右的能量消
起设备内部特别是 耗值非常常见，甚至还曾有报道过高达70000k W h/t的能量
活动部件如阀门处 消耗。为了降低制备M F C的能量消耗，一般要对纤维浆料进
中图分类号：TS79；TS71+1 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2013)06-0033-04
纤 维素是自然界中分布最广、蕴含量最丰富的一种由 8 0 0 0～10 0 0 0 个葡 萄 糖 基通 过β-1, 4 - 糖 苷 键 连 接 而 成 的多糖。纤 维 素 是 植物 细 胞 壁 的 主 要成 分，自 然 界中，棉 花中的 纤 维 素 含 量 最高，达 9 0 % 以 上，为 天 然 的 最 纯纤维素来源，木材中的纤维素占4 0 %～50％，此 外，麻、稻 草、麦 秆、甘蔗 渣、竹 材 等 也 是 纤 维 素 的 丰 富来 源。纤 维 素 是 可以再生的、可降解的、环境友好型的天然有机物。
高压均质机是食品和乳液加工的常见设备。当用均质机制 要对纤维进行前期“微细化”预处理，经过几次循环就可能达
备M F C时，如图1，高压往复泵将一定浓度的纤维浆料输送至工 到纳米级尺寸，能耗相对较少，设备的拆卸清洗也比较方便。
作阀区间，压力迅速下降，在阀芯、阀座和冲击环这三者组成的 2.1.4 冷冻粉碎
的 堵塞，然后就 必 行预处理，例如，化学或酶预处理，有报道称通过预处理可以
图1 高压均质机的工作原理
须拆 卸清 洗，这样 会 影 响 制 备工作 效
大 大 地 降 低能 量消 耗值 至10 0 0 kW h /t。 2.2.1 碱预处理
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率。但是，用高压均 质机制备M F C方 式的一个优点是， 可以比较容易地放
综述
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生
物
纳米纤维素的制备及研究项目
质 精
⊙ 胡云 刘金刚（中国制浆造纸研究院，北京 100102）
炼 技
术
胡云，硕 士 研究 生，工 程 师； 主要从事：植物纤维 材 料及 纳 米 技 术的研究、高得 率浆的应 用、纸张 涂布工艺及特 种 涂布 纸产品的研发、纸张印刷适性 的研究。
术
酶预处理可以使制备MFC的能量消耗值显著降低。实际 由FPInnovations和NanoQuébec于2009年联合创建的，参
上，纤维素不会被单一的酶降解，而是应该用一组纤维素酶， 与成员包括政府部门、工业企业、大学和非盈利组织，联邦政
面ห้องสมุดไป่ตู้以便得到完整的纳米纤维素。 2.2.2 TEMPO氧化预处理[4]
图2 微射流处理机的工作原理
2.1.2 微射流
2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基（T E M P O）介导氧
34
第34卷第6期 2013年3月
综述
46.."3*;&
化 是 对 天 然 纤 维 素 进行 表面 改 性 的 一种 很有 效 的 方 法。在 水
目[10]
溶 液 和 温 和 的 条 件下，它 的 羧 基 和 醛 基官 能 团 可 以引入 进 天
麦基尔大学的G r a y教授于1992年就提出了由纤维素制
然纤维素，在这种氧化情况下，所得产品的性能主要取决于原 备NCC的方法，但直到2006年才由加拿大制浆造纸研究院开
生
始材料。当用天然纤维素，即使在极端条件下，T E M P O介导 发出了一个中试规模的NC C生产装置，实现了NC C制备和生
的 研 磨 室，如图 4 所 示。工作 流 程 为：将 一定 浓 度 的 浆 料 纤 维
2 纳米纤化纤维素的制备
2.1 机械制备方法[3]
倒 入 研磨室，启动下 砥 石磨盘 开始旋 转，纤维 浆 料与上下 砥 石 表面接触，被碾压、剪切、摩擦、研细、撕裂，如此反复的循环
主要介绍用物理机械的方法制备纳米纤维素即M F C或 应力作用使纤维在长度方面得以切断，径向方向得以压溃、分
Abstract: Nanocellulose (NC) is a natural nanoparticle that is extracted from cellulose, the most abundant natural polymer in the world. NC has unique strength, optical, electrical and magnetic properties and is bio-compatible. These unusual and versatile properties can be used to create a wide variety of new products. The mechanical preparation methods of nanocellulose, that is, high-pressure homogenization, microf luidizer, microgrinding, crushing in frost were introduced. The pre-treatment techniques including alkaline pre-treatment, TEMPO oxidation pre-treatment and enzymatic pre-treatment were also introduced. Finally some collaborative research projects on nanocellulose in North American, Europe and Japan were overviewed. Key words: nanocellulose; mechanical preparation; pretreatment; development in research