纳米纤维素调研-程真真

纤维素纳米纤维产业化和应用调研

程真真

纳米纤维素的产业化悄

然到来

2006年加拿大制浆造纸研究院成功

开发出中试规模的NCC生产装置

纳米微晶纤维素（NCC）

加拿大纳米晶体纤维素厂开业

•2012年1月，加拿大Domtar

与FP Innovations 合作，耗

资4080万美元建立世界首家NCC工厂Cellu Force开业。

•该厂位于加拿大魁北克，每天有1吨NCC的产量，生产的NCC可用于油漆、涂料，胶卷、栅栏、纺织品和复合材料等产品。

美国林务局CNC和CNF中试工厂•2012年，美国林务局（US Forest Service）和缅因大学合作在威斯康星州开办了全美

首家纳米纤维素制备中试工厂，以期引领

可再生纳米纤维素材料的发展。

•生产包括CNC和NFC。

20公斤CNC（干重）需要一星期时间

1000公斤NFC/天

瑞典Innventia公司NFC中试工厂

•纳米纤维素原纤（NFC）

•2011年2月，瑞典Innventia公

司成立，成为世界上第一个以

生产NFC的中试工厂。

设计产能：100公斤/天。

•Innventia NFC的制造方法：在连续高速气流或液体流中，将纸浆不断加速，喷射形成压差使纤维

素分裂成NFC。

•以前，NFC生产过程能耗过大，经过Innventia工

艺不断优化，能耗已经减少了98％，相当于每吨

节约29,000度电。

•Innventia预计使用NFC的商品一到两年内出现。NFC作为造纸添加剂的使用量初步规模为5000吨。

其他纳米纤维素生产公司

•2011年10月，UPM建造出第

一条纤维素特种纸中试线。

•2011年末，斯道拉恩索位于芬兰的

Imatra工厂已开始试点生产微纤化纤

维素。

•挪威鲍利葛公司也在进行微纤化纤维

素（MFC）中试生产；

•瑞登梅尔生产NCC用于药品惰性填

料。

•日本制纸2013年10月与矶贝教授合作，开始开展使用TEMPO催化剂制造CNF的量产化试验。预定在2015年之前实现商用化。•京都大学的矢野教授开发的制造方法同样是关注的焦点。这是一种使用双轴搅拌机分解纤维的技术。可见，围绕CNF高效制造方法的开发竞争已经展开。

纳米纤维素的应用介绍

矢野浩之关于透明纸的研究•0.1％CNF悬浮液通过冷冻干

燥，然后真空160MPa模压，以

消除片材中的空气和孔隙，制作

的片材不透明；

•用0.1％CNF悬浮液，真空抽

滤，使纤维均匀地堆积成片材，

在15KPa 、55℃干燥72小时。

制作的片材，内部几乎没有孔

隙；片材呈现半透明状；

•用4000和15000的砂纸抛光后，

片材透明。

纤维素纳米纤维（CNF）片

冷冻干燥法真空抽滤法

热压法

•将纤维素纳米纤维膜两侧铺设PC膜，在160℃、1MPa热压3分钟，然后在2-3分钟内冷却到120℃，形成透明纸；

•热压法非常适用于

透明纸roll to roll工艺。

树脂沉积法

•将丙烯酸类树脂（三环癸烷二甲醇二甲基丙烯酸酯TCDDMA）均匀地涂在纳米纸表面，用玻璃片压紧，然后UV固化，形成透明片材；

•或者用ITO氧化铟锡代替丙烯酸树脂进行涂布处理；

喷墨打印技术

•制作酚醛树脂甲醇分散液，然后打印涂覆在纳米纸的表面；

•该法可以形成任何规则的图样；

矢野浩之开发出纸张透明化技术•2012年8月24日，矢野教授宣布已成功开发出在纸或者纸的原材料纸浆中添加树脂等

材料，使纸张透明化的技术。

•具体来说，就是在对纸浆做脱水处理的过

程中，增加防止CNF之间

凝聚的手段，并使丙烯树

脂浸渗在纤维间，从而

实现透明化。

拥有更高的光透过率

和更低的热膨胀系数。

•矢野教授介绍，构成这种纸浆的CNF（纤维含量为25%）具有宽10～20nm、长1μm以上的细长形状。•之所以选用丙烯酸树脂，是因为丙烯树脂的折射率

为1.52～1.60，接近纤维素的折射率1.57。

•由此制造出的透明片材，其厚度为100μm，光透过率为87.8%；20至150℃下的线热膨胀系数为

8.30ppm/K。线性热膨胀系数的数值仅为PET片材

的1/3左右，接近玻璃。

日本透明纸连续化生产技术成功•2013年3月，日本王子控股与三菱化学公司宣布，在全球首次成功开发出CNF薄膜连续化生产技术。

•CNF由于其十分细小，用现有造纸机械进行薄膜化生产极为困难。这次研发融合了化学处理技术、造纸技术和薄膜加工技术，开发出新的制造方法，在世界

上首次使用4纳米超细CNF成

功生产出透明连续薄膜。

纤维素纳米纤维薄膜、树脂复合材料

透明薄膜多孔薄膜树脂复合化薄膜

（多孔薄膜与树

脂复合）

透明纸的实用化将实现•据称研发出的新材料虽然厚度只有

20μm，但强度可与消防服相媲美；•随着量产化研究的推进，每公斤的生产成本或许会跌破1000日元。

•这种透明片材有望应用于太阳能电池、大型显示器、电子纸、汽车车窗材料及包装容器等用途。

多孔薄膜的实用化令人期待•例如，增加比表面积实现高吸附性的吸附性材料；

•通过缩小细孔直径提高空隙率，使过滤器能够更有效地过滤超细物质；•另外，通过在薄膜中加入纳米粒子，可以使薄膜具有触媒、抗菌、除臭等各种性能。