纳米纤维素制备技术

作者:信息管理部来源:新材料与产业技术北京研究院

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课题介绍

纳米纤维素(cellulose nanofibers 简称为“CNF”)是以纤维材料作为原料,通过化学、物理或生物处理的途径制备的具有一维纳米尺寸的纤维素材料,其粒径大小一般在1-100nm之间,它具有纤维素的基本结构、性能,来源于可再生原料,可生物降解,弹性模量高达140GPa、渗透性好、较低的密度、较高的杨氏模量、超强的吸附能力和高的反应活性等,从而使纳米纤维素具有一些特有的光学性能、流变性能和机械性能,并且纳米纤维素在活体中还未发现有排异反应和炎症发生,这些优良特性使其具有广泛的应用价值,可以用于透明纸、医学应用、生物应用、造纸工业、增强剂、食品工业、无机物复合、净化和传导以及磁性复合物、油漆涂料、包装材料、食品添加剂等领域。

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近些年来,科研工作者通过一系列的化学物理手段将天然纤维素制成纳米纤维。过去制造CNF一般采用研磨纸浆的物理方法,颗粒的细度很难达到数纳米的等级。近年来,以大学为中心,纳米纤维素的制备方法也掀起了热潮。例如,东京大学教授矶贝明等人的研究组建立了使用催化剂的化学生产方法,他们开发出了名为“TEMPO”的催化剂,使用后,纸浆束会在负电子的作用下带电,因为同性相斥而散开,从而制备出CNF;2006年,加拿大制浆造纸研究院成功开发出中试规模纤维素纳米纤维的生产装置;2012年,美国林务局和缅因大学合作在威斯康辛州开办了全美首家CNF制备中试工厂。国内也纷纷开展纳米纤维素的制备研究。

纳米纤维素可用化学酸解、物理粉碎、生物提取法制备,目前各种制备方法都有一定的缺陷和局限性。化学酸解法,反应时间很长,制备过程需要大量高浓度的硫酸或盐酸,容易造成设备的腐蚀以及环境的污染,回收和处理反应后的残留物困难;物理法主要采用高压均质解离的方法,需要高压和特殊的设备,动力和能源消耗比较大,并且容易出现因高压均质机的堵塞而使制备过程难以实现连续化;生物法从细菌或被囊类动物纤维素中提取纳米纤维素产量和效率低,成本高,最终产物的性能也较低。为克服现有技术制备纳米纤维素分散液时,操作步骤多、制备成本高以及对环境不友好的问题,新材料与产业技术北京研究院采用物理研磨与化学改性法相结合的方式,提供一种步骤简单、制备成本低且对环境友好的纳米纤维素分散液的制备方法,并且,通过该方法得到的纳米纤维素分散液具有良好的分散性和稳定性。

产品规格参数

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产品特性

纳米纤维素形貌.jpg 图片22.png 纳米纤维素-白色分散液.JPG

应用领域

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