纳米纤维素的制备
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纳米纤维素纤维的制备
OUTLINE
纳米技术和纳米纤维素 纳米纤维素纤维的制备方法 一些想法
一、纳米技术和源自文库米纤维素
纳米技术是对材料,设备和系统的创造和应 用,这些材料设备及系统是由纳米级物质来 支配的,也就是说是在原子,分子,超分子结 构和以纳米为长度单位的水平上形成的. 纳米技术研究的是那些能被合理设计出来的 物质和体系,这些物质体系由于他们的尺寸 很小而能显示出新的,独一无二的并显著改 善的物理,化学和生物性能,现象和工艺.
Some thoughts
改进制备方法，高效制备、分离纳米微晶纤 维素 酶法(绿色木霉，Trichoderma Vride G)与 化学法结合？ 纳米微晶纤维素表面选择性化学改性 纳米微晶纤维素在高分子复合材料中的应用
Thank
you！
搅拌10h
乳黄色悬浮液
悬浮液
静止，去上方清液 反复数次
很难沉 离心分离洗涤数次 降分层 的溶液
悬浮液
悬浮液转移到透析袋中，并置于去离子水中浸泡，让硫 酸分子透过，隔一段时间换水，检查水pH值，直到中性，最 后得到了具有凝胶性质的稳定的悬浮液。
纳米纤维素微晶的制备方法（二）
原理： NaClO一般用做纸浆的漂白，可将纤维素分子 链上的羟基氧化成醛基、酮基和羧基，氧化速度和 产物的性质受到溶液pH值的强烈影响。在中性点附 近，氧化降解的速度最大，因此，对木浆和织物的 漂白应避免用中性溶液。但如果要用次氯酸钠使纤 维素发生降解，那么最合适的反应条件就是在溶液 的pH值控制在中性点或其附近。通过控制氯气的用 量、碱液（NaOH）的浓度、纤维与碱液的浴比， 用氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，在中性条件 下，与纤维素发生剧烈反应，从而将纤维素降解成 纳米级的纤维素微晶。
工艺路线
纤维原料
粉碎过筛 碱煮除杂 氧化降解 超声分散 漂洗 中和
纳米纤维素微晶
NCC的制备方法（三）
NCC-Ⅰ的制备：在3.2 kHz 的超声波振动下，将 棉短绒在恒温25℃下浸渍于55%硫酸中2.5 h，然后 稀释硫酸中止反应，去离子水洗涤至pH=7，水洗过 滤后得5%的NCC-Ⅰ胶体。 NCC-Ⅱ的制备：将NCC-Ⅰ在25℃下与NaOH 水溶 液混合，使混合后NaOH 的浓度为1%，浸渍几秒钟， 再酸中和，滤膜分离脱盐水，去离子水洗涤至无盐 为止，然后用丙酮洗涤脱水，室温真空干燥后即得 到样品。
NCC的制备方法(一)
纤维素大分子中的β-1，4-糖苷键是一种缩 醛键，对酸特别敏感，在适当的氢离子浓度、 温度和时间的作用下，糖苷键断裂，聚合度 下降，最后形成结晶度很高的棒状的纳米微 晶纤维素粒子。
以棉纤维为原料
加入到DMSO,80℃,6h， 棉纤维 洗涤 超声振荡2h 加水冲稀 处理后 棉纤维 45％硫酸，75℃
什么是纳米纤维素？
棉 丝纤蛋白 木浆
高温强酸 物理搅动
纤维素的杆状的纳米晶体 100纳米 ，宽度低于10纳米
二、纳米纤维素的制备
优点 植物纤维素是自然界蕴藏最丰富的可再生 资源。天然纤维素来源丰富，价格低廉，密 度低于无机纤维,具有较高的模量和拉伸强度， 另外，其具有生物降解性和可再生性。纤维 素降解到纳米级后,不但具有纤维素的基本结 构与性能,还具有纳米颗粒的特性,如巨大的 比表面积、超强的吸附能力和高的反应活性, 此外可以提高其在复合材料基体中的分散性 和相容性.
NCC的制备方法（四）
棉短绒用浓NaOH预处理后，再用硫酸和盐酸 水解，经超声波搅拌器处理8h后，得到白色 和象牙黄的胶体，最后在100-105℃的温度 下烘干，制得球状NCC-Ⅰ和NCC-Ⅱ的混合产 物。
NCC的制备方法（五）
将微晶纤维素置于一定量NaClO 溶液中反应 12～24 h ,然后加入HCl 中止反应, 接着采 用超声波处理30 min 以分散样品, 离心洗 涤数次至溶液出现乳白色胶体, 将胶体置于 透析袋中数天脱盐, 即得到纳米纤维素胶体, 再经真空冷冻干燥24 h 即可得到纳米纤维 素粉末。
专利：一种棒状纳米纤维素制备方法
实例：将10克棉纤维分散在200克质量百分浓度为 60%的硫酸水溶液中，在45℃温度条件下进行单模 微波辐射水解，单模微波辐射功率为100W，辐射时 间5分钟，得到水解液；所得到的水解液中加入蒸 馏水，使水解液稀释至10倍体积，再将稀释后的水 解液在10000rpm转速条件下离心分离3次；取沉淀 物进行透析2天，所用透析膜的截留分子量为8000； 透析后经孔径为0.45微米的滤膜过滤，滤液经过 200W的超声分散35分钟，得到稳定的棒状纳米纤维 素纤维悬浮液，其中纳米纤维素纤维直径为5-10纳 米，长度为100-300纳米。
OUTLINE
纳米技术和纳米纤维素 纳米纤维素纤维的制备方法 一些想法
一、纳米技术和源自文库米纤维素
纳米技术是对材料,设备和系统的创造和应 用,这些材料设备及系统是由纳米级物质来 支配的,也就是说是在原子,分子,超分子结 构和以纳米为长度单位的水平上形成的. 纳米技术研究的是那些能被合理设计出来的 物质和体系,这些物质体系由于他们的尺寸 很小而能显示出新的,独一无二的并显著改 善的物理,化学和生物性能,现象和工艺.
Some thoughts
改进制备方法，高效制备、分离纳米微晶纤 维素 酶法(绿色木霉，Trichoderma Vride G)与 化学法结合？ 纳米微晶纤维素表面选择性化学改性 纳米微晶纤维素在高分子复合材料中的应用
Thank
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搅拌10h
乳黄色悬浮液
悬浮液
静止，去上方清液 反复数次
很难沉 离心分离洗涤数次 降分层 的溶液
悬浮液
悬浮液转移到透析袋中，并置于去离子水中浸泡，让硫 酸分子透过，隔一段时间换水，检查水pH值，直到中性，最 后得到了具有凝胶性质的稳定的悬浮液。
纳米纤维素微晶的制备方法（二）
原理： NaClO一般用做纸浆的漂白，可将纤维素分子 链上的羟基氧化成醛基、酮基和羧基，氧化速度和 产物的性质受到溶液pH值的强烈影响。在中性点附 近，氧化降解的速度最大，因此，对木浆和织物的 漂白应避免用中性溶液。但如果要用次氯酸钠使纤 维素发生降解，那么最合适的反应条件就是在溶液 的pH值控制在中性点或其附近。通过控制氯气的用 量、碱液（NaOH）的浓度、纤维与碱液的浴比， 用氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，在中性条件 下，与纤维素发生剧烈反应，从而将纤维素降解成 纳米级的纤维素微晶。
工艺路线
纤维原料
粉碎过筛 碱煮除杂 氧化降解 超声分散 漂洗 中和
纳米纤维素微晶
NCC的制备方法（三）
NCC-Ⅰ的制备：在3.2 kHz 的超声波振动下，将 棉短绒在恒温25℃下浸渍于55%硫酸中2.5 h，然后 稀释硫酸中止反应，去离子水洗涤至pH=7，水洗过 滤后得5%的NCC-Ⅰ胶体。 NCC-Ⅱ的制备：将NCC-Ⅰ在25℃下与NaOH 水溶 液混合，使混合后NaOH 的浓度为1%，浸渍几秒钟， 再酸中和，滤膜分离脱盐水，去离子水洗涤至无盐 为止，然后用丙酮洗涤脱水，室温真空干燥后即得 到样品。
NCC的制备方法(一)
纤维素大分子中的β-1，4-糖苷键是一种缩 醛键，对酸特别敏感，在适当的氢离子浓度、 温度和时间的作用下，糖苷键断裂，聚合度 下降，最后形成结晶度很高的棒状的纳米微 晶纤维素粒子。
以棉纤维为原料
加入到DMSO,80℃,6h， 棉纤维 洗涤 超声振荡2h 加水冲稀 处理后 棉纤维 45％硫酸，75℃
什么是纳米纤维素？
棉 丝纤蛋白 木浆
高温强酸 物理搅动
纤维素的杆状的纳米晶体 100纳米 ，宽度低于10纳米
二、纳米纤维素的制备
优点 植物纤维素是自然界蕴藏最丰富的可再生 资源。天然纤维素来源丰富，价格低廉，密 度低于无机纤维,具有较高的模量和拉伸强度， 另外，其具有生物降解性和可再生性。纤维 素降解到纳米级后,不但具有纤维素的基本结 构与性能,还具有纳米颗粒的特性,如巨大的 比表面积、超强的吸附能力和高的反应活性, 此外可以提高其在复合材料基体中的分散性 和相容性.
NCC的制备方法（四）
棉短绒用浓NaOH预处理后，再用硫酸和盐酸 水解，经超声波搅拌器处理8h后，得到白色 和象牙黄的胶体，最后在100-105℃的温度 下烘干，制得球状NCC-Ⅰ和NCC-Ⅱ的混合产 物。
NCC的制备方法（五）
将微晶纤维素置于一定量NaClO 溶液中反应 12～24 h ,然后加入HCl 中止反应, 接着采 用超声波处理30 min 以分散样品, 离心洗 涤数次至溶液出现乳白色胶体, 将胶体置于 透析袋中数天脱盐, 即得到纳米纤维素胶体, 再经真空冷冻干燥24 h 即可得到纳米纤维 素粉末。
专利：一种棒状纳米纤维素制备方法
实例：将10克棉纤维分散在200克质量百分浓度为 60%的硫酸水溶液中，在45℃温度条件下进行单模 微波辐射水解，单模微波辐射功率为100W，辐射时 间5分钟，得到水解液；所得到的水解液中加入蒸 馏水，使水解液稀释至10倍体积，再将稀释后的水 解液在10000rpm转速条件下离心分离3次；取沉淀 物进行透析2天，所用透析膜的截留分子量为8000； 透析后经孔径为0.45微米的滤膜过滤，滤液经过 200W的超声分散35分钟，得到稳定的棒状纳米纤维 素纤维悬浮液，其中纳米纤维素纤维直径为5-10纳 米，长度为100-300纳米。