基于輻射降解的納米纖維素綠色宏量制備技術(shù)與機(jī)理研究

楊 蓓，崔國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，洛陽(yáng)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(dāng)前纖維素科學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。 國(guó)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(yàn)裝置， 但國(guó)內(nèi)對(duì)該方面的研究大多仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

酸解法是當(dāng)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(wú)機(jī)酸，后處理困難，制備效率低，且存在嚴(yán)重的酸排放環(huán)境污染問(wèn)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(jià)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(xiàng)研究以天然木槳纖維素為原料， 通過(guò)電子束輻射降解和進(jìn)一步的機(jī)械化學(xué)處理首先制備了微米級(jí)的纖維素纖維水分散膏體，然后進(jìn)一步通過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(jī)械化學(xué)處理過(guò)程的催化劑用量、溫度和時(shí)間以及高壓均質(zhì)過(guò)程的物料濃度和處理時(shí)間對(duì)機(jī)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(zhǎng)徑比和聚合度均有顯著影響。 制備機(jī)理可描述為“三步法”，輻射降解過(guò)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(jī)械化學(xué)處理過(guò)程中，在機(jī)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(jí)纖維；高壓均質(zhì)過(guò)程使微米級(jí)纖維進(jìn)一步分絲形成短棒狀納米纖維素晶體。

本項(xiàng)研究制備過(guò)程中僅涉及微量催化劑，無(wú)污染物排放；后處理簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化實(shí)施，成本低廉。 對(duì)于實(shí)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(jià)值。