剑麻纳米纤维素的制备方法

纳米纤维素可以按其制备方法来进行分类，不同制备方法的命名也不同，同时其形貌和性能因所用的制备方法的不同而不同。纳米纤维的制备方法有化学方法（酸水解法，酶水解法）、物理方法（高压均化法，球磨法，高速搅拌法等）、化学+物理法（TEMPO-氧化法）。每种制备方法都存在优点或缺点，下面就来具体分析一下他们的优缺点，及其商业化应用的解决办法。重点关注所制备纳米纤维素的形貌、表面电荷、耗能、产率等涉及其应用领域的问题。

1硫酸水解法

所制备的纳米纤维素称为纤维素纳米晶须，英文名为CNW、CNC或NCC。其直径因来源不同而不同，如剑麻纤维素纳米晶须的平均直径为9 nm，平均长度为170 nm，而用细菌纤维素制备的直径约为几十纳米，远大于其他来源的纤维素纳米晶须。其制备过程依据的是酸对纤维素非晶区部分的选择性的水解，留下纤维素的晶区部分结构，得到的晶须状纳米材料。其中，酸能够对纤维素的非晶区进行选择性的水解是因为，非晶区结构松散，酸溶液易于进入这个区域；而纤维素的晶区，其结构致密，纤维素分子链间形成规整的排列和氢键的相互作用，导致一般浓度的酸溶液无法进入其内部，无法将其晶区切断。所以，通过酸水解法制备的CNW或CNC在结构上有极高的结晶度，在形貌上保留了其原料纤维素的晶区部分的结构。同时，由于其晶区结晶度极高，纤维素链间高度的取向和规整，分子链间形成极其多的氢键作用，所以CNW或CNC具有非常优异的力学性能，是理想的增强材料。

但其也存在以下缺点，一是其制备的产率低，二是干燥后再分散困难，三是其在疏水性聚合物中的分散性非常差。这几个问题制约了纤维素纳米晶须的发展。关于纤维素纳米晶须产率，在现有的文献报道中，用酸水解法制备的产率也不超过40%。例如， Brito^[73]等通过65 wt%硫酸来水解制备纤维素纳米晶须产率最高为30%。关于干燥后再分散问题，纤维素分子链上存在多个羟基，其分子间极易形成氢键的相互作用。同时，CNW在水中时成液晶排列，干燥后其更加紧密的排列到一起，加剧了它们之间的相互作用。所以，现在的纳米纤维素都是分散在水溶液中的，购买也只能是7-10 wt%左右的分散液的形式。纳米粉体的分散问题在增强聚合物中是举足轻重的，处理与基体材料间的界面相互作用，对改性增强的性能有非常大的影响。要解决分散的问题，当然首选的方法就是通过对其表面进行改性。Dufresne^[56]等研究了改性的苎麻纤维素纳米晶须来增强聚乙烯。他们先通过将不同脂肪链长的酰氯与纤维素纳米晶须反应，然后将其与聚乙烯进行挤出共混。研究结果表明，将纤维素纳米晶须进行改性后，其在聚乙烯中的分散性得到改散。同时，与未改性的纤维素纳米晶须增强复合材料相比，改性后的复合材料的断裂伸长率得到大幅的提高。

2机械法

将植物纤维经过盘磨、高压均值等机械处理得到的直径为几十纳米至几百纳米、长度为数微米的微纤化纤维素，英文名命名为MFC或NFC。机械法制备纳米纤维素的原理为同机械剪切的作用，使天然植物纤维裂解为纳米纤维。机械法制备的优点为工艺简单、不产生有机污染物(如酸、碱、有机溶剂等)。但其缺点也很明显，其制备过程耗能高，生产的纳米纤维直径大，表面不带强亲水性基团等。机械法制备的纳米纤维素有望应用于造纸增强剂、锂电池隔膜等材料方面。

3化学+机械法