1.  引言

纖維素資源是自然界中豐富的可生物降解的聚合物資源，纖維素的組成成分是葡萄糖等碳水化合物穩步前行。纖維素的原料包含范圍很廣溝通協調，大多數(shù)的生物質(zhì)資源例如：稻麥草和諧共生、蔗渣能力、堅(jiān)果殼、木薯技術創新、竹子高質量、花生殼等。纖維素可被制備成納米纖維應(yīng)用于復(fù)合材料中或作為增強(qiáng)劑與高分子復(fù)合以提高高分子材料的機(jī)械性能^[1-6]規模。

納米纖維素具有可生物降解逐步顯現、均一性、穩(wěn)定性以及可分散性等特點(diǎn)，可以作為其它納米粒子的分散劑如納米二氧化硅近年來、碳納米管、納米銀線等事關全面。再者交流等，其在高分子增強(qiáng)材料、醫(yī)用材料發展目標奮鬥、印刷包裝材料自動化裝置、環(huán)保材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用^[7,8]。此外規劃，納米纖維素還具有高透明性可應(yīng)用于光電材料關規定、數(shù)顯材料等。

根據(jù)制備方法或者制備的納米纖維素的特性不同應用前景，納米纖維素主要分為兩種形態(tài)：纖維素納米晶（Cellulose nanocrystals指導，CNC）和纖維素納米纖絲（Cellulose nanofibrils，CNF）兩個角度入手。 通過對(duì)纖維原料進(jìn)行化學(xué)或者酶解處理關註點，去除無定形區(qū)可以得到CNC，寬度幾十納米基礎上，長(zhǎng)度50~500 nm安全鏈，CNC具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、特殊的光學(xué)性能和自組裝性能預下達，在復(fù)合材料增持能力、導(dǎo)電液晶材料應用領域、熒光傳感材料等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用^[9-11]。

通過機(jī)械處理（高速盤磨重要的意義、高壓均質(zhì)或者微射流處理）可以得到CNF集成，寬度小于100 nm，長(zhǎng)度500 nm以上關註度，長(zhǎng)徑比高，具有較大的比表面積、良好的機(jī)械性能和低導(dǎo)熱系數(shù)穩中求進，在吸附材料橫向協同、柔性電池及柔性顯示器、超級(jí)電容器隔膜紙和太陽能電池裝置材料等方面潛力巨大^[12-14]再獲。

CNF的制備方法包括盤磨法穩定性、球磨法、微射流法敢於挑戰、高壓均質(zhì)法和雙螺旋擠出法等^[15-19]資源優勢，以上方法中高速盤磨、高壓均質(zhì)和微射流處理最為常見過程中。

高速盤磨處理是通過超微粒粉碎機(jī)中的靜態(tài)磨石與動(dòng)態(tài)磨石之間產(chǎn)生的碾壓振奮起來、撕裂剪切作用，經(jīng)過幾次循環(huán)往復(fù)的剪切搓揉作用特征更加明顯，纖維徑向尺寸可達(dá)到納米級(jí)別增多，超微粒粉碎機(jī)兩塊磨石的間隙、處理時(shí)間和轉(zhuǎn)速會(huì)影響CNF的尺寸，盤磨處理可以不需要對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理長效機製，設(shè)備拆卸和清洗較為方便進一步意見，但是在處理過程中重要部署，CNF粒徑不均一、分散性差且結(jié)晶度有所下降^[20-21]產業。  

高壓均質(zhì)處理是一定濃度的纖維素懸浮液被高壓往復(fù)泵輸送至工作閥區(qū)間數字技術，通過均質(zhì)閥失壓形成空穴效應(yīng)產(chǎn)生高剪切作用使得纖維納米纖絲化^[22]。高壓均質(zhì)處理最為常用工具，易于工業(yè)生產(chǎn)尤為突出，但是在操作過程中長(zhǎng)纖維容易堵塞閥門，特別是在串聯(lián)的閥門市場開拓，必須分解開清洗標準，影響制備效率，同時(shí)能量消耗比較大重要意義。

高壓微射流均質(zhì)機(jī)通過氣動(dòng)或電液傳動(dòng)的增壓器使纖維素懸浮液在高壓作用下以極大的速度流經(jīng)固定幾何結(jié)構(gòu)均質(zhì)腔中的微管通道規則製定，在均質(zhì)腔中纖維受到超高剪切力講道理、高碰撞力、空穴效應(yīng)等物理作用表現明顯更佳，使其微纖化更加廣闊，經(jīng)過多次循環(huán)實(shí)現(xiàn)纖維的解離，所產(chǎn)生的壓力越大技術先進，纖維納米纖絲化程度越高[23]相比于高壓均質(zhì)示範，微射流處理減少了堵塞的程度，可制備得到直徑較為均一的CNF^[24]提高，但如果纖維過長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生腔體堵塞發展基礎，采用反沖方式可以解決這一問題。

2.  實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

使用一定的化學(xué)方法及高剪切機(jī)械方法對(duì)纖維素樣品進(jìn)行預(yù)處理有很大提升空間，得到微米級(jí)別的樣品特點。然后將預(yù)處理后的樣品通過意大利PSI-20高壓微射流均質(zhì)機(jī)處理，并采用全自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀進(jìn)行粒度分析情況正常。此次實(shí)驗(yàn)采用均質(zhì)壓力：2000bar製度保障，均質(zhì)8次，其結(jié)果如下所示：

圖1 2000bar均質(zhì)壓力下均質(zhì)不同次數(shù)時(shí)纖維素樣品數(shù)量粒徑分布結(jié)果 藍(lán)色為均質(zhì)1次的粒徑分布結(jié)果各領域，紅色為均質(zhì)3次的粒徑分布結(jié)果顯示，黑色為均質(zhì)8次的粒徑分布結(jié)果，黃色為原液的粒徑分布結(jié)果的有效手段。

圖1為2000bar均質(zhì)壓力下均質(zhì)不同次數(shù)時(shí)纖維素樣品數(shù)量粒徑分布結(jié)果,結(jié)果通過 AccuSizer A7000 系列顆粒計(jì)數(shù)器獲得共同努力。從圖中可以看到，在未用微射流均質(zhì)前真正做到，樣品在2~50 μm處明顯有峰發展邏輯，此外，在0.7~2μm處也有峰追求卓越。在2000bar下進(jìn)行均質(zhì)發展機遇， 隨著均質(zhì)的進(jìn)行，2~50μm處的峰依次降低（綠色箭頭）性能，0.7~2μm處的峰依次增加（紅色箭頭）。說明在經(jīng)過微射流均質(zhì)處理后粒徑逐漸變小（藍(lán)色箭頭）強化意識，越來越多的大的粒徑部分處理成小粒徑產品和服務。

圖2 為2000bar均質(zhì)壓力下均質(zhì)不同次數(shù)時(shí)纖維素樣品實(shí)物圖，從圖中可以看到協同控製，在原液中明顯有肉眼可見的近似絮狀纖維存在不斷創新，透明度較低，隨著均質(zhì)的進(jìn)行透明度越來越高，在2000bar微射流均質(zhì)8次后去突破，得到的樣品有近似淡淡熒光色狀稍有不慎，整體液體狀態(tài)更為細(xì)膩。

圖2 2000bar均質(zhì)壓力下均質(zhì)不同次數(shù)時(shí)纖維素樣品實(shí)物圖

表1是均質(zhì)不同次數(shù)下，不同尺寸粒徑濃度全面協議。從表1中可知：原液中≥5μm，≥10μm堅持先行，≥25μm講實踐，≥50μm 濃度較高，在2000bar微射流均質(zhì)處理8次后其濃度均有數(shù)量級(jí)的降低具體而言，說明在微射流均質(zhì)的處理下最為顯著，粒徑進(jìn)一步降低，大尺寸的纖維進(jìn)一步變小奮戰不懈。這一結(jié)果也與均質(zhì)后的實(shí)物圖表現(xiàn)一致生產能力。AccuSizer A7000系列具有32自定義通道，可根據(jù)需求同一時(shí)間可任意設(shè)定32個(gè)不同尺寸規(guī)格的通道規定，便于快速對(duì)比均質(zhì)效果可持續。

表2 2000bar均質(zhì)壓力下均質(zhì)不同次數(shù)時(shí)纖維素樣品數(shù)量粒徑分布結(jié)果匯總

2000bar均質(zhì)0次	2000bar均質(zhì)1次
2000bar均質(zhì)3次	2000bar均質(zhì)8次

4.  儀器介紹

參考資料

[1]I K Varma,D.S.V.,M Varma,Thermal behaviour of coir fibres[J].Thermochim.Acta,1986.108:199-210.

[2]Prashant,K.,Mechanical behavior of jute fibers and their composites[J].Indian J.Technol,1986.24:29-32.

[3]Moothoo,J.,et al.,A study of the tensile behaviour of flax tows and their potential forcomposite processing[J].Materials&Design,2014.55:764-772.

[4]曲萍,納米纖維素/聚乳酸復(fù)合材料及界面相容性研究[D].北京林業(yè)大學(xué),2013.

[5]Wang,F.,et al.,The effect of elementary fibre variability on bamboo fibre strength[J]. Materials&Design,2015.75:136-142.

[6]De Rosa,I.M.,et al.,Morphological,thermal and mechanical characterization of okra(Abelmoschus esculentus)fibres as potential reinforcement in polymer composites[J]

[7]Graupner,N.,A.S.Herrmann,and J.Mussig,Natural and man-made cellulosefibre-reinforced poly(lactic acid)(PLA)composites:An overview about mechanicalcharacteristics and application areas[J]. Composites Part a-Applied Science and Manufacturing,2009.40(6):810-821. [8]Czaja,W.K.,et al.,The future prospects of microbial cellulose in biomedical applications[J].Biomacromolecules,2007.8(1):1-12.

[9] Chen Q, Liu P, Nan F C, Zhou L J, Zhang J M. Tuning the iridescence of chiral nematic cellulose nanocrystal films with a vacuum-assisted self-assembly technique [J].  Biomacromolecules, 2014, 15(11): 4343-4350.

[10] Yao K, Meng Q J, Bulone V, Zhou Q. Flexible and responsive chiral nematic cellulose nanocrystal/poly(ethylene glycol) composite films with uniform and tunable structural color [J]. Advanced Materials. 2017, 29(28): 1701323.

[11] Zhang L F, Lyu S Y, Zhang Q J, Wu Y T, Melcher C, Chmely S C, Chen Z L, Wang S Q. Dual-emitting film with cellulose nanocrystal-assisted carbon dots grafted SrAl2O4, Eu2+, Dy3+ phosphors for temperature sensing [J]. Carbohydrate Polymers, 2019, 206: 767-777.

[12] Jiang F, Liu H, Li Y J, Kuang Y D, Xu X, Chen C J, Huang H, Jia C, Zhao X P, Hitz E, Zhou Y B, Yang R G, Cui L F, Hu L B. Lightweight, mesoporous, and highly absorptive all-nanofiber aerogel for efficie