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1、纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用(2)2. 1. 1 酸水解法。酸水解法就是用强酸通过催化水解去掉纤维素的无定形区，保留下致密而有一定长径比的结晶区。在酸水解过程中，葡萄糖环之间的 β-（ 1,4） 糖苷键会发生一定程度上的裂解，从而使得纤维素的聚合度下降。酸水解法会有大量的酸和杂质残留在反应体系中，需要对纳米纤维素晶体的悬浮液进行多次离心洗涤和透析，时间长且耗水量巨大。水解过程会导致纤维素结构被破坏甚至磺化，对设备的要求较高，而且大量酸的使用还会污染环境。但制备方法工艺成熟，部分国家已经实现工业化生产。早在 1947 年，Nickerson 等人5用 H2SO4和 HCl
2、混合酸水解木材纤维素制备出了纳米纤维素晶体，并系统研究了酸解时间、酸浓度对反应产物的影响。唐丽荣等人6以微晶纤维素为原料，通过 H2SO4水解的方法成功制备了纳米纤维素晶体，并利用响应面分析法系统研究了 H2SO4质量分数、酸解温度、酸解时间对纳米纤维素得率的影响，优化得到的纳米纤维素得率可以达到 69. 31%.Mohammad 等人7总结了不同原料通过酸水解法制备得到纳米纤维素晶体的形态特征，发现几种原料制备的纳米纤维素晶体均呈现针状晶须结构，直径 5 70 nm,长度100 400 nm,如图 1 所示。2. 1. 2 酶解法。酶解法就是用纤维素酶通过催化水解去掉纤维素的无定形区，保留致
3、密而且有一定长径比的结晶区部分。酶解法的工艺条件相对温和、专一性强，通常要先把纤维素进行预处理。酶解法制备纳米纤维素晶体提高了纯度，减少了化学药品的使用。但酶解的反应条件比较苛刻，对温度、pH 值、酶解底物等都有一定要求，如果条件太弱则纤维素的无定形区没有完全水解无法得到纳米纤维素晶体； 条件太强则有可能酶解过度，使得纤维素受到损伤和破坏，工艺条件不好控制。Noriko Hayashi 等人8用纤维素酶水解海洋生物刚毛藻类纤维素，得到了纳米纤维素晶体。卓治非等人9首先采用 PFI 磨对竹子溶解浆进行预处理，再用纤维素酶水解制备了纳米纤维素晶体，并研究了酶解条件对纳米纤维素晶体得率的影响，在优化
4、的条件下，得到纳米纤维素晶体最佳得率为 19. 13%.2. 2 微纤化纤维素的制备方法。微纤化纤维素的制备过程一般是先通过化学预处理从原料中提取纤维素，然后利用高强的机械外力（ 如高压均质、高剪切、微射流、研磨等） 将高等植物的细胞壁破坏，从而使纤维素发生切断和细纤维化作用，分离出具有纳米尺寸范围的微纤化纤维素。微纤化纤维素的制备过程一般对环境的污染较小，但对设备要求高，能耗巨大，近年来也不断研究出了一些新的制备方法，主要有以下 4 种。2. 2. 1 高压均质法。高压均质法主要是通过匀质器内的匀质阀突然失压形成空穴效应和高速冲击，纤维素在通过工作阀的过程中，产生强烈的撞击、空穴、剪切和湍流涡旋作用，从而使悬浮液中的纤维素被超微细化，制得微纤化纤维素。一般需要高压均质多次、能耗较高、容易堵塞均质机喷嘴且制备的微纤化纤维素粒径分布较宽。早在 1983 年，Turbrk 等人10以浓度 4% 左右的预处理木浆为原料经过多次高压均质处理制备出了直径在纳米尺寸的纤维素，称之为微纤化纤维素（ MFC） .吴鹏等人11以工业芦苇浆为原材料，采用稀硫酸预处理得到纯化的纤维素，再通过高压均质法制备出了微纤化纤维素，同时用微纤化纤维素增强聚乙烯醇 （ PVA）得到了 PVA-MFC-PVC 复合层压膜纳米纤维素纤维的加入显着提高了复合材料的强度和力学性能。