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)新材料重點實驗室，洛陽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研究領(lǐng)域。 國外已有日本制紙、瑞典Innventia 公司、加拿大CelluForce 公司等企業(yè)投入了中試規(guī)模的試驗裝置， 但國內(nèi)對該方面的研究大多仍處于實驗室研究階段。

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。

本項研究以天然木槳纖維素為原料， 通過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的纖維素纖維水分散膏體，然后進(jìn)一步通過高壓均質(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)處理過程的催化劑用量、溫度和時間以及高壓均質(zhì)過程的物料濃度和處理時間對機(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；……