高壓均質(zhì)處理次數(shù)對(duì)桉木纖維素納米纖絲性能的影響

戢德賢 顏家強(qiáng) 陳嘉川 林兆云 楊桂花 和銘 吉興香

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南，250353）

納米纖維素因具有比表面積大、生物相容性好、綠色可再生等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物、食品工業(yè)[1-2]，逐漸成為近年研究的熱點(diǎn)。納米纖維素廣義上是指至少有一維空間尺寸為100 nm以下的超微細(xì)纖維素，按照空間尺寸不同，通?？煞譃槔w維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNC；nanocrystalline cellulose，NCC）、纖維素納米纖絲（cellulose nanofibrils，CNF）、纖維素納米晶須（cellulose nanowhisker，CNW）、纖維素納米顆粒（cellulose nanoparticle，CNP）等[3]。

CNF主要是指纖維長度為微米級(jí)、直徑為納米級(jí)的纖維素，具有比表面積大、強(qiáng)度高、羥基含量豐富等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。此外，CNF具有較低的熱膨脹系數(shù)（1×10-7℃-1）[6]和密度（1.6 g/cm3）[7-8]，因此可制備具有高附加值的功能材料。目前制備CNF的方法主要有機(jī)械法、酸水解法、酶解結(jié)合均質(zhì)原纖化法與TEMPO-酶解氧化法[9]。其中酸水解法、酶解法、TEMPO-酶解氧化法都需要使用化學(xué)試劑[10]，產(chǎn)生的化學(xué)廢液對(duì)環(huán)境存在一定的危害，因此尋找一種較為環(huán)保的制備CNF的方法顯得尤為重要。

超微粒研磨技術(shù)和高壓均質(zhì)技術(shù)是目前制備納米材料較為常用的機(jī)械處理技術(shù)，具有操作方便、生產(chǎn)規(guī)模大、得率高等優(yōu)點(diǎn)[11-12]，其中超微粒研磨技術(shù)需要使用超微粒研磨機(jī)。在超微粒研磨機(jī)工作過程中，纖維素纖維原料進(jìn)入其中，受到壓力、剪切力、摩擦力的作用[13]。壓力可打斷纖維間的連接，使纖維分層，促進(jìn)內(nèi)部纖維原纖維化；剪切力與摩擦力可促進(jìn)纖維的分絲帚化，使外部纖維的表面積增加，進(jìn)而促進(jìn)外部纖維原纖維化。CNF的制備過程通常需要重復(fù)研磨數(shù)次，纖維不斷被切斷，使分層數(shù)不斷增加，最終纖維被解離，得到CNF[14-15]。Taniguchi等人[16]以多種植物纖維為原料，使用超微粒研磨機(jī)研磨10次后，制得直徑20～90 nm的CNF。但由于纖維在磨盤的不同位置受到的機(jī)械力不均勻，導(dǎo)致超微粒研磨技術(shù)制得的CNF尺寸不均一。而高壓均質(zhì)技術(shù)則可解決這一弊端，當(dāng)纖維原料經(jīng)過高壓均質(zhì)機(jī)時(shí)，會(huì)發(fā)生剪切效應(yīng)、空穴現(xiàn)象和碰撞效應(yīng)[17-19]，產(chǎn)生的機(jī)械力可使部分細(xì)小纖維從纖維束上發(fā)生剝離脫落，得到CNF[20-21]。向亞美等人[22]以直徑45 μm的微晶纖維素為原料，利用超微粒研磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，再通過酶解輔助高壓均質(zhì)法制備了平均直徑15～40 nm的CNF。Saito等人[23]利用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-羥自由基（TEMPO）氧化法對(duì)纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，再通過高壓均質(zhì)作用，制得直徑3～4 nm、長度數(shù)微米的CNF。

基于上述研究基礎(chǔ)，為了制備分散性好且尺寸均勻的CNF，本研究以漂白化學(xué)桉木漿為原料，通過超微粒研磨和高壓均質(zhì)技術(shù)進(jìn)行處理，探索不同高壓均質(zhì)過程參數(shù)對(duì)CNF結(jié)構(gòu)及性能的影響，并對(duì)制備的CNF進(jìn)行表征分析。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

市售漂白化學(xué)桉木漿（產(chǎn)自巴西，以下簡稱桉木漿），蒸餾水（電導(dǎo)率1.0 μS/cm，25℃，實(shí)驗(yàn)室自制）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 磨漿

取適量桉木漿進(jìn)行預(yù)處理，將其撕成約5 cm×5 cm漿片，在去離子水中浸泡12 h使纖維充分潤脹后，于漿袋中洗凈脫水，平衡水分備用。

將預(yù)處理后的桉木漿調(diào)至漿濃1.0%，再置于超微粒研磨機(jī)（MKCA6-5J,日本Masuko Sangyo）中，緩慢調(diào)節(jié)磨盤間距至90 μm，在轉(zhuǎn)速1500 r/min下研磨5次。

1.2.2 CNF制備

將磨漿后的纖維原料懸浮液調(diào)至漿濃0.5%，并置于高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)（M-110EH-30，美國Microfluidics）中進(jìn)行納米均質(zhì)處理。首先在20 MPa下將懸浮液通過200 μm腔室，進(jìn)行10次均質(zhì)化處理。再將懸浮液分為4份，在100 MPa下通過87 μm腔室，分別進(jìn)行5次、10次、15次、20次均質(zhì)化處理。高壓均質(zhì)處理完成后得到CNF，將其置于4℃冷藏室中保存待用。

將只通過200 μm腔室進(jìn)行10次均質(zhì)化處理、未通過87 μm腔室均質(zhì)化處理得到的CNF命名為CNF-0；將 通 過87 μm腔 室 分 別 進(jìn) 行5次、10次、15次、20次均質(zhì)化處理得到的CNF命名為CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20。

1.3 性能表征

1.3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

取上述CNF干燥后，與干燥至恒質(zhì)量的溴化鉀混合均勻并進(jìn)行壓片處理，用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，Prestige-21型，日本島津）進(jìn)行測(cè)試，掃描速度32次/s，分辨率4 cm-1，測(cè)試波數(shù)500～4000 cm-1。

1.3.2 Zeta電位與粒徑

取上述CNF用去離子水稀釋至漿濃0.3%，之后轉(zhuǎn)移至DTS1070比色皿中，用粒徑及Zeta電位分析儀（Nano ZS-90，英國馬爾文）進(jìn)行測(cè)試，掃描溫度25℃，平衡穩(wěn)定時(shí)間10 s，單次測(cè)量掃描20次，循環(huán)測(cè)量3次。

1.3.3 熱穩(wěn)定性

稱取5～10 mg干燥的CNF樣品于坩堝中，置于同步熱分析儀（TG，Jupiter STA449F3，德國耐馳）中進(jìn)行測(cè)試，氮?dú)饬魉?0 mL/min，升溫范圍25～800℃，升溫速率10℃/min。

1.3.4 原子力顯微鏡

將上述CNF配制成一定濃度的懸浮液，并超聲震蕩進(jìn)行分散。將懸浮液滴于表面光滑的云母片上勻涂30 s，在60℃烘箱干燥12 h后，將云母片固定于樣品臺(tái)上，使用原子力顯微鏡（AFM，Multimode8，德國布魯克）在輕敲模式下觀察樣品形貌，每個(gè)樣品選取多點(diǎn)進(jìn)行觀察。

1.3.5 透射電子顯微鏡

將上述CNF配制成一定濃度的懸浮液，并超聲震蕩進(jìn)行分散。將懸浮液用50 μL移液槍滴至銅網(wǎng)表面，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的磷鎢酸避光染色10 min，并用潔凈的濾紙將多余的染色劑吸除，再將銅網(wǎng)轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中干燥12 h。將干燥后的銅網(wǎng)固定于樣品臺(tái)使用透射電子顯微鏡（TEM，JEM 2100，日本電子株式會(huì)社）觀察樣品形貌，每個(gè)樣品選取多點(diǎn)進(jìn)行觀察。

1.3.6 掃描電子顯微鏡

將上述CNF配制成一定濃度的懸浮液，并超聲震蕩進(jìn)行分散。將懸浮液滴至潔凈的蓋玻片表面，將其轉(zhuǎn)移至60℃烘箱中干燥12 h。用雙面導(dǎo)電膠將蓋玻片粘貼在導(dǎo)電膠帶上輕輕按壓牢固，并將其固定至金屬樣品臺(tái)進(jìn)行噴金處理，在掃描電子顯微鏡（SEM，Regulus 8220，日本日立）下觀察樣品表面形貌。

1.3.7 接觸角

取漿濃0.3%的CNF懸浮液并對(duì)其進(jìn)行超聲消泡0.5 h（防止CNF懸浮液中存在氣泡），然后以0.18 g/cm2的成膜量在聚四氟乙烯模具中流延成膜，并在40℃溫度下干燥備用。將干燥后的CNF膜裁剪為1 cm×10 cm大小，通過接觸角分析儀（OCA 50，德國Dataphysics）攝像裝置觀察CNF膜與水滴的接觸照片，測(cè)量接觸角大小。

2 結(jié)果與討論

2.1 CNF的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

纖維素大分子的每個(gè)葡萄糖單元中都有3個(gè)游離醇羥基，分別位于C2、C3、C6上[24]，可使纖維素分子間或纖維素與水分子間形成氫鍵。圖1為CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的FT-IR譜 圖。表1總結(jié)了CNF的FT-IR譜帶分析。由圖1與表1可知，不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)后的CNF均在3396 cm-1位置出現(xiàn)了強(qiáng)吸收帶，可歸屬于CNF中—OH的伸縮振動(dòng)特征峰[25]。2901 cm-1與1640 cm-1處分別為CNF中—CH2伸 縮振 動(dòng) 吸收 峰與H—O—H彎 曲振 動(dòng) 峰[26]；1320 cm-1處為CNF中—OH面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰；1161 cm-1處為CNF中C—O—C的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；1113 cm-1處為CNF中醚鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰。此外，1060 cm-1處為CNF中C—O的伸縮振動(dòng)吸收峰[27]，并且此處的特征峰吸收帶變窄且尖銳，說明隨著高壓均質(zhì)處理次數(shù)的增加，CNF分子內(nèi)氫鍵被破壞[26]，初始聚合度較高且纖維長度較長的CNF中部分β—1,4糖苷鍵發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致聚合度下降，使其尺寸降低。綜上，說明隨著高壓均質(zhì)處理次數(shù)的增加，CNF分子內(nèi)氫鍵易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致β—1,4糖苷鍵的斷裂，使纖維素長鏈解開，從而有利于降低CNF的尺寸。

表1 CNF的FT-IR譜帶分析Table 1 FT-IR band analysis of CNF

圖1 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的FT-IR譜圖Fig.1 FT-IR spectra of CNF with different high-pressure homogenization times

2.2 CNF的Zeta電位及粒徑分析

圖2(a)顯示了CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的Zeta電位。CNF具有電負(fù)性，由圖2(a)中數(shù)據(jù)可知，隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，CNF的電負(fù)性增強(qiáng)，并且在高壓均質(zhì)20次時(shí)，Zeta電位達(dá)-29.4 mV，相較于CNF-0，其電負(fù)性提高了2倍。這可能是由于CNF表面含有羥基等極性基團(tuán)，易在水中發(fā)生電離，使CNF帶負(fù)電荷，并且隨著高壓均質(zhì)次數(shù)增加，在高壓處理時(shí)產(chǎn)生的剪切力、撞擊及空穴作用下，CNF分子鏈間的氫鍵發(fā)生斷裂，其大分子單元斷裂為許多小分子單元，極性基團(tuán)增加[28]，導(dǎo)致電負(fù)性增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)了體系的穩(wěn)定性。

圖2(b)為CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的粒徑分析圖及其光學(xué)圖片。其中，納米粒徑測(cè)定方法中，所測(cè)粒徑是指被測(cè)顆粒的某種物理特性或物理行為與某一直徑的同質(zhì)球體（或其組合）接近時(shí)，就把該球體的直徑（或其組合）作為被測(cè)顆粒的等效粒徑（或粒徑分布），因此粒徑測(cè)量方法中的理論模型是建立在顆粒為球體，且為單分散性條件的基礎(chǔ)上，當(dāng)被測(cè)顆粒的形態(tài)不規(guī)則或呈多分散性時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)存在一定誤差[29]。由圖2(b)可知，未進(jìn)行高壓均質(zhì)的CNF-0的平均粒徑為818.0 nm，高壓均質(zhì)5次后，CNF-5平均粒徑降低至727.9 nm，繼續(xù)增加高壓均質(zhì)次數(shù)，CNF的平均粒徑逐漸降低，當(dāng)高壓均質(zhì)20次后，CNF-20平均粒徑為37.94 nm。由其光學(xué)圖片可知，隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，溶液則更加均勻，透明度增加。利用紅外激光燈對(duì)制備的CNF懸浮液進(jìn)行照射，發(fā)現(xiàn)只經(jīng)過研磨未經(jīng)過高壓均質(zhì)處理的CNF懸浮液（CNF-0）未產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，說明未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的CNF尺寸較大，未能形成均一的膠體體系；而經(jīng)過多次高壓均質(zhì)處理的CNF在高壓均質(zhì)機(jī)中經(jīng)受剪切力、撞擊及空穴作用，纖維尺寸逐步減小，穩(wěn)定性與分散性得到提高，可形成膠體溶液，產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)[30]。CNF懸浮液的丁達(dá)爾效應(yīng)與其粒徑結(jié)果一致，表明隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，CNF的尺寸顯著減小。

圖2 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的Zeta電位及粒徑Fig.2 Zeta potential and particle size of CNF with different high-pressure homogenization times

2.3 CNF的熱穩(wěn)定性分析

圖3(a)和圖3(b)分別為CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的TG與DTG圖。由圖3分析可知，CNF的主要降解過程分為4個(gè)階段：第一階段主要為自由水蒸發(fā)階段，在溫度由50℃升高至150℃的過程中，所有CNF樣品均出現(xiàn)了一個(gè)微小的質(zhì)量損失峰，說明CNF中自由水被蒸發(fā)并且部分低分子化合物發(fā)生熱降解，導(dǎo)致質(zhì)量損失[31]；當(dāng)溫度在150℃到240℃區(qū)間內(nèi)，CNF中的葡萄糖基開始出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，并會(huì)通過熱降解作用產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等揮發(fā)性物質(zhì)[32]；當(dāng)溫度在240℃到400℃區(qū)間內(nèi)，纖維素糖苷鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生低分子質(zhì)量揮發(fā)物等化合物，并且CNF的結(jié)晶區(qū)發(fā)生破壞，聚合度下降；溫度大于400℃時(shí)，纖維素進(jìn)入石墨化階段，其結(jié)構(gòu)殘余發(fā)生芳環(huán)化，CNF形成石墨結(jié)構(gòu)[33]。表2為CNF樣品的熱穩(wěn)定性分析參數(shù)。由表2可知，未經(jīng)均質(zhì)處理的CNF-0的初始分解溫度（T1）為310.4℃，隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，其初始分解溫度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)均質(zhì)次數(shù)為10次時(shí)，CNF-10初始分解溫度為316.3℃；繼續(xù)增加高壓均質(zhì)次數(shù)至20次時(shí)，CNF-20的初始分解溫度達(dá)最大值（324.8℃）。由圖3(b)分析可知，當(dāng)高壓均質(zhì)次數(shù)逐漸增加時(shí)，其最大降解速率所對(duì)應(yīng)的溫度（T2）也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，CNF-20在356.0℃達(dá)最大降解速率。綜上所述，隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，CNF的熱穩(wěn)定性越好。原因主要有以下2點(diǎn)：一是隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，高壓處理時(shí)產(chǎn)生的剪切力、撞擊及空穴作用增大，CNF分子鏈發(fā)生斷裂[28]，暴露出更多的羥基，會(huì)形成較強(qiáng)的分子間作用力，使穩(wěn)定性提高；二是由于經(jīng)過較多次數(shù)高壓均質(zhì)后，CNF之間的氫鍵作用力和納米纖絲之間相互纏繞所產(chǎn)生的機(jī)械作用力，限制了CNF因溫度升高而加劇的熱運(yùn)動(dòng)，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得以維持[22,34]，使其熱穩(wěn)定性較好。

表2 不同均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的熱穩(wěn)定性分析Table 2 Thermal stability analysis of CNF with different high-pressure homogenization times

圖3 不同均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的熱穩(wěn)定性分析Fig.3 Thermal stability analysis of CNF with different high-pressure homogenization times

2.4 AFM分析

圖4為經(jīng)過不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)后CNF的AFM圖。如圖4所示，未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的CNF-0直徑較大，長度較長，纖維交錯(cuò)縱橫，且纖維長度與直徑分布不均勻，說明纖維在超微粒研磨機(jī)中處理并不均勻；經(jīng)過5次高壓均質(zhì)處理后，CNF-5纖維的直徑明顯減小，但纖維長度仍較大，并且呈現(xiàn)明顯的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；經(jīng)過15次高壓均質(zhì)處理后，纖維的長度大多在3 μm左右，寬度100～300 nm，尺寸較均一，網(wǎng)絡(luò)纏繞狀況得到改善；而經(jīng)過20次高壓均質(zhì)處理后，CNF-20纖維分布較為分散且其長度與寬度較均勻，長度約1500～2000 nm，直徑約50～100 nm。說明隨著高壓均質(zhì)次數(shù)增加，高壓處理時(shí)產(chǎn)生的剪切力、撞擊及空穴作用下，CNF分子鏈間的氫鍵發(fā)生斷裂[28]，此作用并不僅僅作用于纖維的縱向，對(duì)纖維橫向也有效果，導(dǎo)致纖維長度與寬度均顯著降低。此外，由圖4中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，纖維的分散性逐漸增強(qiáng)，這是由于CNF表面負(fù)電荷逐漸增加導(dǎo)致的[35]。

圖4 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的AFM圖Fig.4 AFM images of CNF with different high-pressure homogenization times

2.5 TEM分析

TEM可以更加直觀地觀察CNF的形態(tài)特征及尺寸大 小，圖5為CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的TEM圖。從圖5(a)分析可知，只經(jīng)過超微粒研磨機(jī)處理而未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的CNF-0纖維長度較長且直徑較大，其直徑約1 μm，且纖維粗細(xì)不一，分布不均勻。如圖5(b)所示，經(jīng)過5次高壓均質(zhì)處理后的CNF-5中的纖維呈網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，說明經(jīng)過高壓均質(zhì)處理，CNF受到剪切力、撞擊及空穴作用后，纖維間氫鍵被破壞，導(dǎo)致纖維發(fā)生橫向及縱向切斷，使其直徑與長度均減小。然而經(jīng)過5次高壓均質(zhì)處理作用較差，導(dǎo)致部分纖維的切斷作用不明顯，因此呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。隨著高壓均質(zhì)處理次數(shù)的提高，剪切力、撞擊及空穴作用效果增強(qiáng)，纖維束發(fā)生明顯剝離[28]，使纖維呈現(xiàn)單根狀，且直徑和長度均明顯減小。當(dāng)高壓均質(zhì)處理次數(shù)達(dá)20次時(shí)，CNF-20的纖維直徑約50～100 nm，長度1500～2000 nm（如圖5(e)所示），纖維的分散性較好，主要是CNF表面負(fù)電荷逐漸增加導(dǎo)致的[35]。

圖5 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的TEM圖Fig.5 TEM images of CNF with different high-pressure homogenization times

2.6 SEM分析

圖6分別為CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20的2000倍、10000倍、30000倍的SEM圖。由圖6(a)可知，未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的CNF纖維易交織，易團(tuán)聚，且纖維的直徑較大，約1 μm；纖維表面較為粗糙，產(chǎn)生了分絲帚化現(xiàn)象，這是由于纖維經(jīng)超微粒研磨機(jī)處理后，纖維的胞間層分離、細(xì)胞壁破裂、初生壁、次生壁分離、次生壁被分絲導(dǎo)致的[36]。由圖6(b)可知，高壓均質(zhì)處理5次后的CNF-5纖維分散較為均勻，雖然發(fā)生了纖維交織，但并未呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；由圖6(b)還可以發(fā)現(xiàn)，CNF-5纖維表面較光滑，直徑約500 nm。隨著高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，CNF的分散性提高，且表面光滑度提高，直徑逐漸降低。當(dāng)均質(zhì)20次后，CNF-20纖維直徑約50～100 nm，這主要是由于高壓均質(zhì)次數(shù)的增加，導(dǎo)致纖維受到的剪切力、撞擊及空穴作用增加，使未分絲完全的纖維脫落，并進(jìn)行橫向及縱向剪切，使纖維尺寸降低[22,28]。

圖6 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF的SEM圖Fig.6 SEM images of CNF with different high-pressure homogenization times

2.7 CNF膜的親水性能分析

圖7顯示 了CNF-0、CNF-5、CNF-10、CNF-15、CNF-20膜的接觸角。由圖7可知，當(dāng)液滴與CNF-0膜接觸30 s時(shí)，接觸角為66.1°，且不同均質(zhì)次數(shù)下的CNF膜隨時(shí)間增加接觸角逐漸減小。與接觸30 s相比，CNF-0膜與水滴接觸90 s時(shí)的接觸角減小了11.0°，而均質(zhì)次數(shù)為5、10、15、20次CNF制備的膜在30 s與90 s時(shí)的接觸角差值為15.3°、15.4°、15.9°、4.1°，說明均質(zhì)后CNF成膜耐水性變差。此外，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，CNF膜在不同接觸時(shí)間下的接觸角均逐漸減小，原因是均質(zhì)次數(shù)增大，CNF受到的沖擊力作用增強(qiáng)，使纖維間的氫鍵斷裂，暴露出大量的纖維素親水性羥基，使形成的CNF膜親水性增強(qiáng)。

圖7 不同高壓均質(zhì)處理次數(shù)下CNF膜的接觸角Fig.7 Contact angle of CNF films with different high pressure homogenization times

3 結(jié)論

本研究采用超微粒研磨協(xié)同高壓均質(zhì)處理技術(shù)，以漂白化學(xué)桉木漿為原料，成功制備出了纖維素納米纖絲（CNF），并通過流延成膜法制備了CNF膜。

3.1 增加高壓均質(zhì)次數(shù)有利于提高CNF的分散穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、電負(fù)性和尺寸均一性。

3.2 經(jīng)過高壓均質(zhì)處理20次制備的CNF分散性較好，尺寸較均一，直徑50～100 nm，長度1500～2000 nm。

3.3 高壓均質(zhì)次數(shù)的增加降低了CNF膜的耐水性，增強(qiáng)了其親水性。