納米纖維素晶體的制備方法及其在制漿造紙中的應(yīng)用前景

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1、《造紙科學(xué)與技術(shù)》2010年第29卷第l期納米纖維素晶體的制備方法及其在制漿造紙中的應(yīng)用前景吳開麗徐清華譚麗萍秦夢華(山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙省部共建教育部重點實驗室，山東濟南250353)摘要：闡述了納米纖維素晶體的兩種制備方法：無機酸水解法和纖維素酶水解法，簡要介紹了它的性質(zhì)，包括形狀及尺寸分布、結(jié)晶度、強度、熱穩(wěn)定性、觸變性與流變性等?？偨Y(jié)了其在制漿造紙以及納米復(fù)合材料中的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：納米纖維素晶體；微晶纖維素；水解；納米復(fù)合材料中圖分類號：TS721文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671—4571(2

2、010)01-0055—06當(dāng)今煤、石油和天然氣等不可再生資源13益枯高的楊氏模量、超強的吸附能力和高的反應(yīng)活性，因竭，開發(fā)利用可再生資源成為必然趨勢。天然纖維此導(dǎo)致其性質(zhì)與普通纖維素的性質(zhì)有很大差異。這是一種由自身復(fù)合而成的材料，它不僅具有生物可里主要介紹一下NCC的制備方法、性質(zhì)及其在納米降解性和可再生性，而且是自然界中分布最廣的生材料和制漿造紙中的應(yīng)用前景。物高分子。它存在于各種各樣的生物中，例如植物、1NCC的制備動物以及一些細(xì)菌等。充分發(fā)掘天然纖維的潛在性能、開發(fā)以天然纖維素為原料的新型產(chǎn)品將是2

3、1世纖維素有很強的分子內(nèi)和分子外的氫鍵作用，紀(jì)可持續(xù)發(fā)展化學(xué)工程研究領(lǐng)域的重要課題之一。因此，從天然纖維素分離出納米級基元原纖，并使其天然纖維中的纖維素分子是由13一(1—4)一D具有高穩(wěn)定性，一直是個難題。NCC可通過酸水解一葡萄糖基構(gòu)成的線性鏈。纖維素鏈在木質(zhì)纖維中或酶解天然纖維素來制備，纖維素的膠狀顆粒有多的聚合度大約為10000個吡喃型葡萄糖，而在棉纖種不同的描述，包括晶須、單晶、納米晶體、微晶體纖維中聚合度約為150000。纖維素纖維由向列有序維素、纖維素微晶等。制備所用的原材料有MCC、的結(jié)晶區(qū)

4、和無序的無定形區(qū)構(gòu)成，其依靠分子內(nèi)和棉花、木漿、細(xì)菌纖維素、動物纖維素等。這里主要分子外的氫鍵以及范德華力維持著自組裝的超分子介紹幾種常見的制備方法：結(jié)構(gòu)和原纖的形態(tài)。天然纖維素經(jīng)無機稀酸水1．1無機酸水解法解可得到達(dá)到極限聚合度的固體產(chǎn)物：微晶纖維素最早的NCC膠體懸浮液是由Nickerson和(MicrocrystallineCellulose)，簡稱MCC。通常MCCHabrle在1947年用鹽酸和硫酸水解木材與棉纖維的粒徑大小一般為幾十微米，為白色、無臭、無味的制備出的，隨后R?nby等用酸解的方法

5、，以木漿和細(xì)微顆粒。MCC現(xiàn)在已經(jīng)商品化，并廣泛應(yīng)用于各棉花為原料，制備了膠體粒子大小的NCC懸浮個工業(yè)領(lǐng)域。繼MCC之后，一些由天然纖維素分離液[31。Dong等獲得了以棉纖維為原料制備NCC出的、具有納米尺度、性能優(yōu)異的纖維素的制備和應(yīng)的適宜硫酸濃度、酸漿比、反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間和超用成為科學(xué)界研究的熱點，納米纖維素晶體／晶須聲波處理時間。而Gray等’通過硫酸酸解棉花、(nanocrystallinecellulose，NCC)即在此研究范圍之木漿等原料獲得了不同特性的NCC，并研究了其自內(nèi)。NCC是一

6、種棒狀的、粒徑大小一般在30～組裝特性和纖維素液晶的合成條件。近年來，Bond-100nm之間、可以在水中分散形成穩(wěn)定懸浮液的纖eson等優(yōu)化了濃硫酸水解挪威云杉木漿制備維素晶體。它不但具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)與性NCC的反應(yīng)條件，獲得了快速制備NCC的方法，使能，還具有納米顆·粒的特性，如巨大的比表面積、較NCC的得率達(dá)到了30％。作者簡介：吳開麗，女，制漿造紙專業(yè)研究生，研究方向：纖維資源的制漿造紙?zhí)匦耘c生物技術(shù)。55PaperScience&Technology2010Vo1．29No．1NCC的制備所用

7、的無機酸有硫酸、鹽酸、磷酸無定形區(qū)隨機地進(jìn)攻纖維素的骨架，使$一1，4一等。其中硫酸最為常用，也有人將硫酸和鹽酸以一糖苷鍵斷裂，從而導(dǎo)致纖維素分子聚合度的快速下定比例配合使用，酸水解的效果較好。纖維素酸水降；B一葡萄糖苷酶水解纖維二糖和低分子質(zhì)量的解前要進(jìn)行前期預(yù)處理，據(jù)所用的原料種類選擇預(yù)纖維糊精，生成葡萄糖，以防止纖維二糖的積聚，減處理的方法。目前研究者多采用以下幾種原料：輕其對外切酶的抑制作用。MCC、棉短絨、木漿和動物纖維素。棉短絨一般用兩Hayashi等¨通過纖維素酶水解細(xì)菌纖維素制種預(yù)處理方法：

8、一種是用有機溶劑二甲基亞砜(DM-得了NCC，通過多種手段對其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳SO)處理；另一種是用濃NaOH溶液預(yù)處理。木漿細(xì)的表征，并對酶水解纖維素的機理進(jìn)行了簡要的過2O目篩后，可不經(jīng)過預(yù)處理直接進(jìn)行酸水解，動介紹。NCC的制備一般要同時使用纖維素內(nèi)切酶物纖維素和MCC較純，無需進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)過預(yù)處和纖維素外切酶(CBHI)。這是由于纖維素內(nèi)切理后的原料經(jīng)無機強酸水解，反應(yīng)終止后離心水洗，酶作用于纖維時酶