纳米纤维素增强复合包装材料研究进展

摘要：本文首先介绍了纤维素的作用，其次是国内外研究中对纳米纤维素的研究。本课题研究是以微纤化纤维素为研究对象，利用已有文献进行横向比较，探究纳米纤维素增强复合包装材料研究进展。通过纵横对比，指出存在的问题，提出可能的发展趋势，指明研究方向，提示研究的捷径。

关键词：纳米纤维素；微纤化纤维素；纳米复合材料

Abstract: Firstly, this paper introduces the role of cellulose, and then introduce the research on nanocellulose at home and abroad. In this paper, the research object is microfibrillated cellulose, and explore progress of nanocellulose reinforced composite packaging materials by using previous studies for horizontal comparison. Through vertical and horizontal comparison, point out the existing problems,put forward the possible development trend ,hint the research direction and the shortcut.

Keywords: nanocellulose(NC); Microfibrillated cellulose (MFC);nanocomposite;

1. 引言

纤维素是地球上储量最为丰富的天然可再生高分子化合物，所有植物以及部分藻类、细菌和被囊动物均可以合成纤维素，据不完全统计，全球每年纤维素的合成量超过1.5times;10¹²吨 ，而每年只有6times;10⁹吨纤维素用于造纸、纺织、材料等行业，因此，如何能够进一步提高纤维素资源的利用率与了利用价值是人们需要共同关注的问题之一。微纤化纤维素（Microfibrillated cellulose (MFC)）是一种较理想的天然高分子纳米填料。近年来，有关MFC事制备、改性及应用方面的研究越来越多，然而制备成本高。干燥以及再分散等仍然是MFC规模化生产所不可回避的问题。本文以微纤化纤维素为研究对象，利用已有文献进行横向比较，探究纳米纤维素增强复合包装材料研究进展。通过纵横对比，指出存在的问题，提出可能的发展趋势，指明研究方向，提示研究的捷径。

1. 国内外研究状况
   1. 微纤化纤维制备与性能

纳米纤化纤维素（nanofibrillated cellulose,NFC）,也称作微纤化纤维素（microfibrillated cellulose,MFC）或纤维素纳米纤丝（cellulose nanofibrils,CNF）,是指以植物纤维为原料，通过机械处理得到的一中欧冠直径小于100nm的纤维素纤维。兼具天然纤维和纳米材料的特点。微纤化纤维素除具有纤维素的一般化学性质外，还具有许多优良特性。首先，它具有较大的比表面积，化学反应的可及性较大；其次，微纤化纤维素表面多孔，结构疏松，化学反应时试剂容易渗入，大大提高了反应的均一性；第三，微纤化纤维素表面众多的羟基，可以发生一系列的酯化醚化等化学反应，不仅可以改变其溶解性还可以赋予它特殊功能性。利用有机天然植物作为增强填料，更具环境友好性。

从形态上来看，MFC呈现出的是一种细长的丝状结构，具体来说，MFC应该是以原细纤维为主要结构单元的丝状结构，然而在MFC的制备过程中，所得到的MFC实际上并不是以单根丝状结构的形式呈现的，而是由纳米或微米纤丝缠绕、交织或连接而成的网状结构，这可能与植物细胞壁的结构有关。MFC的制备通常是以高强度机械处理为主，辅以必要的预处理以降低机械处理的能耗，提高制备效率。机械处理方法包括高压均质处理。微射流处理、超细研磨处理、冷冻破碎处理、高强超声处理等。高压均质处理的作用原理是利用往复泵向一个狭小的空间内部浆料的压力，然后多次重复这一过程即可制得MFC。高压均质过程中所产生的高剪切力会对纤维产生强烈的作用，使纤维表面分丝帚化，同时纤维尺寸也大幅度降低、此外，浆料在挤出过程中所承受的压力会迅速降低，压力骤降所产生的“爆破”效果也会对纤维造成纤化和撕裂效果。1983年，HERRICK和TURBAK等以木材纤维为原料，首次采用高压均质机处理得到了一种黏度高并且稳定的凝胶状MFC。1985年，TURBAK等首次对高压均质处理制备MFC申请专利，并将之正式命名为微纤化纤维素 （microfibrillated cellulose,MFC）。

• 1. 微纤化纤维（MFC）研究现状

纤维素纤维增强复合材料的制备在相关领域是一个热点问题，我国从上世纪八十年代开始进军木塑复合材料领域，至今为止，木塑复合材料的研究虽有进展，但是产品外观质量，力学性能等方面都不是很理想。