楊 蓓,崔國士,趙紅英,束興娟,樊 茹(河南科高輻射化工科技有限公司,河南省輻射化學(xué)新材料重點實驗室,洛陽471000)通信作者聯(lián)系方式:cuiguoshi2008@126.com
納米纖維素及其應(yīng)用是當前纖維素科學(xué)的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。 國外已有日本制紙、瑞典Innventia 公司、加拿大CelluForce 公司等企業(yè)投入了中試規(guī)模的試驗裝置, 但國內(nèi)對該方面的研究大多仍處于實驗室研究階段。
酸解法是當前應(yīng)用最多的納米纖維素制備方法,但該方法需要消耗大量的高濃度無機酸,后處理困難,制備效率低,且存在嚴重的酸排放環(huán)境污染問題。 基于TEMPO 催化劑的催化氧化法是研究較多的納米纖維素制備方法之一,但是TEMPO 催化劑價格昂貴,且回收困難,導(dǎo)致其制備成本很高,不利于納米纖維素的推廣應(yīng)用。
本項研究以天然木槳纖維素為原料, 通過電子束輻射降解和進一步的機械化學(xué)處理首先制備了微米級的纖維素纖維水分散膏體,然后進一步通過高壓均質(zhì)制備了高濃度(≥5.0%)的納米纖維素水分散液。通過原子力顯微鏡(AFM)和激光粒度儀分析可知,所制備的納米纖維素的長度在100~450 nm 區(qū)間,直徑在40~60 nm 區(qū)間,呈短棒狀;電子束輻射的吸收劑量、機械化學(xué)處理過程的催化劑用量、溫度和時間以及高壓均質(zhì)過程的物料濃度和處理時間對機械化學(xué)處理后纖維素顆粒和高壓均質(zhì)后納米纖維素顆粒的尺寸、長徑比和聚合度均有顯著影響。 制備機理可描述為“三步法”,輻射降解過程有效降低了纖維素的聚合度,并使纖維素晶體產(chǎn)生大量缺陷;機械化學(xué)處理過程中,在機械力和微量催化劑的作用下,由表面至內(nèi)部,原纖纖維逐步分絲、切斷、剝離,形成短棒狀微米級纖維;高壓均質(zhì)過程使微米級纖維進一步分絲形成短棒狀納米纖維素晶體。
本項研究制備過程中僅涉及微量催化劑,無污染物排放;后處理簡單,易于工業(yè)化實施,成本低廉。 對于實現(xiàn)納米纖維素的規(guī)?;a(chǎn)和廣泛推廣應(yīng)用具有重要價值。