纳米纤维素的制备及表征开题报告

1. 研究目的与意义

本论文研究纳米纤维素的制备，用硫酸酸解微晶纤维素(MCC)即化学法来制备纳米纤维素(NCC)。在对单因素实验进行探索实验，根据分析实验结果现象确定工艺条件的范围，通过正交对比实验找出最大影响因素。再通过对最大影响因素的对比实验，得出制备纳米纤维素的最佳工艺条件。然后通过傅立叶红外光谱仪、偏光显微镜、博勒飞流变仪、X射线衍射仪和马尔文Nano-ZS纳米粒度与电位分析仪等仪器，对纳米纤维素性能进行分析和表征。

并且为了让纳米纤维素在有机基质中有更好的分散性以及与有机基质更好的相容性，利用纤维素分子表面的羟基对其进行改性修饰，但不破坏纳米纤维素的原始结晶结构。利用纳米纤维素表面的活性羟基，与乙酸酐反应，得到乙酰化纤维素纳米晶(ACN)，使其表面的极性降低，在有机溶剂中的分散性得到改善。

2. 国内外研究现状分析

纤维素是自然界中最为丰富的一种天然高分子，如何结合纳米技术、材料科学等学科开拓纤维素在医药、纳米复合材料等领域的应用，成为近年来的研究热点。根据产物性状的不同，纳米微晶纤维素的制备方法主要有5种：化学法制备纳米纤维素晶须(cncs)、物理法制备微纤化纳米纤维素(mfc)、生物法制备细菌纤维素(bs)、人工合成法制备纳米纤维素以及静电纺丝法制备纳米纤维素纤维。

化学法主要分为酸解法和酶水解法两种，都是将纤维素原料经过酸水解或酶解，去除纤维素无定形区，获得结晶度较高的纤维素纳米晶体。最早的纳米纤维素胶体悬浮液是由nickerson和habde在1947年用盐酸和硫酸水解木材与棉絮制造出的，railbv等在1952年用酸解的方法制备了纳米纤维素晶体。沿用这一方法，favier等从1995年开始研究纤维素晶须增强的纳米复合物。grav等从1997年起通过硫酸酸解棉花、木浆等原料获得了不同特性的纳米纤维素,并研究了其自组装特性和纤维素液晶的合成条件。bondeson等在2006年优化了水解挪威云杉制备微晶纤维素的条件，获得快速高得率的制备纳米纤维素胶体的方法。酶解即是利用纤维素酶选择性地酶解掉无定形的纤维素而剩下部分纤维素晶体。

物理法分为高速搅拌法和热压法两种。高速搅拌法中微纤化纳米纤维素主要从植物纤维素制备，1980年，用高速搅拌机处理木浆，thrbak等研究出了一种微纤维化的纤维素，得到了纳米级的网状结构的纤维素，其纤维直径在10-100nm之间，可以用于制备透明的高强度纳米复合物。将竹子纤维及其单纤维用石盘高速研磨,并结合热碱的预处理，takahashi等以竹子为原料制得了微纤化的纤维素。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

(1)探索硫酸水解法制备纳米纤维素工艺的最佳反应条件

(2)硫酸水解法制备纳米纤维素晶体

(3)纳米纤维素的表征

4. 研究创新点

传统生产中使用微晶纤维素进行生产和增强作用。然后用微晶纤维素水解产生的纳米纤维素对材料的增强效果更佳，改性后纳米纤维素的效果更为突出。