生物質(zhì)是地球上取之不盡用之不竭的可再生資源，作為植物生物質(zhì)的重要組成部分之一，纖維素每年的全球自然再生量約為1800億噸。纖維素存在于植物資源的細(xì)胞壁中，是自然界中儲量較為豐富的天然高分子化合物。相比于合成高分子，纖維素的來源廣，具有低成本、可再生、無毒、無污染、易于改性及可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來世界能源和化工的主要原料之一。但目前少有一部分的纖維素得以利用，主要用于木材制品和造紙行業(yè) ，并且人們對于纖維素的開發(fā)利用還較為粗放，不夠精細(xì)。

  納米纖維素(cellulose nanofibers) 是指至少有一維空間尺寸達(dá)到100 nm 以下的纖維素。作為一種新型的生物質(zhì)基高分子材料，納米纖維素既保持了纖維素的特點(diǎn)，同時亦具備納米材料尺度效應(yīng)及許多其他優(yōu)良的性能，如高結(jié)晶度、高親水性、強(qiáng)度高、可降解、生物相容性好等，且能夠明顯改善材料的光、電、磁等性能，在復(fù)合材料、精細(xì)化工、醫(yī)藥載體、藥物緩釋等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

  但是，納米纖維素在應(yīng)用中也存在一些難點(diǎn)，如較強(qiáng)的親水性導(dǎo)致其與疏水性聚合物復(fù)合時相容性較差; 同時比表面積大，表面羥基十分豐富，導(dǎo)致粒子間很容易通過氫鍵、范德華力作用發(fā)生不可逆團(tuán)聚，使其在水以及有機(jī)溶劑等分散體系中的分散性差，極大地制約了其研究和應(yīng)用。

  邁克孚微射流?均質(zhì)設(shè)備是一種利用高壓微射流技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米材料分散的精密裝備。邁克孚供應(yīng)的微射流高壓均質(zhì)設(shè)備利用成熟穩(wěn)定的液壓增壓技術(shù)，在柱塞泵的作用下將液體或固液混懸物料增壓，憑借準(zhǔn)確的壓力調(diào)節(jié)使物料壓力增壓到20Mpa至300Mpa之間設(shè)定的壓力值。被增壓的物料，射向具有固定幾何形狀的金剛石微通道并產(chǎn)生超音速微射流，超音速微射流物料在特定幾何通道內(nèi)受到每秒千萬次的物理剪切、對撞、空穴效應(yīng)、急劇壓力降等物理作用力，從而實(shí)現(xiàn)納米材料的分散。

  目前，國外已有部分研究利用高壓微射流制備納米纖維素。例如，Naderi等[1]開發(fā)了一種磷酸鹽功能化納米纖維素(NFC)，通過木漿與含磷酸鹽的鹽反應(yīng)，然后通過高壓微射流處理機(jī)械剝離生產(chǎn)的，這種生產(chǎn)工藝十分有利于工業(yè)化生產(chǎn)。Andrade等[2]通過高壓微流化法制備了細(xì)菌纖維素(BC)的納米纖化懸浮液?？疾炝宋⑸淞鹘换ト萸婚_孔尺寸和超聲破碎對納米纖維性能的影響。Campos等[3] 以棕櫚油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的農(nóng)用工業(yè)廢渣油棕中果皮纖維(OPMF)為原料制備纖維素納米須。為了控制纖維素納米晶須的長度，避免隨著酸水解時間的延長而導(dǎo)致熱穩(wěn)定性的下降，采用纖維漂白、硫酸水解和微射流的方法制備了納米晶須。Carrillo等[4] 用尿素或乙二胺水溶液配制微乳液，用于破壞纖維間氫鍵。與典型的含木質(zhì)素纖維和無木質(zhì)素纖維的原纖維形成相比，微乳液系統(tǒng)預(yù)處理在采用微射流處理過程中可以分別節(jié)省55和32%的能源。Dima等[5] 研究了利用細(xì)菌和酵母共生培養(yǎng)的茶湯發(fā)酵生產(chǎn)飲料的二次產(chǎn)物康普茶膜(KM)，通過純化、分離和微射流處理制備纖維素納米纖維。XRD分析表明，I型和I型纖維素同形物的特征衍射圖在純化后結(jié)晶度從37%提高到87%，高壓微射流處理后結(jié)晶度進(jìn)一步降低到46%。Herrera等[6] 通過催化化學(xué)氧化、微射流均質(zhì)，成功地從桉木漿中分離出了高含量的Klason木質(zhì)素(23%，wt.%)的納米纖維素(LCNFs)。并證明高木質(zhì)素含量的纖維素納米纖維被證明是制備低氧透氣性納米紙的理想材料，其化學(xué)成分接近天然木材。

  近日，某國家重點(diǎn)同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授在邁克孚利用MF110IP-EH型高壓微射流均質(zhì)機(jī)對納米纖維素進(jìn)行了處理，獲得了較為理想的效果。

圖1 微射流均質(zhì)機(jī)處理納米纖維素樣品過程

圖2 微射流處理前的納米纖維素樣品照片

圖3 經(jīng)過微射流處理后的納米纖維素樣品

圖4 處理前的納米纖維素樣品掃描電鏡照片

圖5 微射流處理后的納米纖維素樣品掃描電鏡照片

        參考文獻(xiàn)

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