微纤化纤维素用于纸张处理

发布时间:2018-3-22 17:13:36

  (一)MFC的简介:微纤化纤维素(MicrofibrillatedCellulose,简称MFC)是一种新型的广泛存在、价廉物丰的具有可降解性的纳米级纤维素功能材料,是指直径在1~100nm之间,长度为不到20微米的高度润胀的胶体状纤维素产品。许多文献中也称MFC为纤维素微纤丝(CelluloseMicrofibrils),有时文献中也称为纳米微纤丝(NanofibrillatedCelluose)。MFC对环境无毒无害,易回收利用。

  (二)MFC的制备:MFC的制备方法大致可以分为机械法、化学法、生物法。制备MFC最主要的方法是机械处理,其次是预处理结合机械处理的方法。机械处理分为高压均质处理、微射流均质处理、研磨法、冷冻粉碎法、超声波法。目前常用的预处理的方法有化学法和生物法。化学法又可分为TEMPO氧化法预处理、羧甲基化预处理、磺化预处理。生物法主要是酶预处理的方法。MFC制备过程中的高能耗,虽然将化学预处理和机械处理结合可以大大降低所需的能耗,但化学预处理有可能造成纤维素的过度降解,并且在大规模的生产过程中化学预处理有可能造成环境污染。其次MFC在非极性或者低极性的基体中会出现分散不均或团聚现象,导致MFC失去纳米尺度,影响MFC的性能,这也成为制约MFC复合材料发展的重要因素。TEMPO氧化法制MFC虽然效果好、处理时间短,但这种氧化处理方法对纤维素的结晶区和氢键破坏作用非常大,会导致纤维素的严重降解,从而降低MFC的得率。在制备MFC的过程中,酶水解处理的目的是降低MFC纤维素之间的结合力,使其易于微纤化,并最大程度的保持纤维的长度。

  (三)MFC的性质:MFC有很大的结晶度、保水值、比表面积、稳定性、分散性、良好的生物相容性、生物可降解性、优良的力学性能、光学性能和阻隔性能等优异的性能。结构决定性质,由于MFC有很大的结晶度、保水值、比表面积、稳定性、分散性,能提高纸张的物理性能。MFC通常是由高长径比的线状微纤丝组成的无规则网状物,与普通的纤维素及一些纤维素衍生物相比,MFC经过微纤化处理后,比表面积增大且其表面裸露出大量的羟基,使MFC具有较高的保水值、良好的分散性和稳定性。MFC具有非常优异的力学性能,晶体结构有序排列,弹性模量纵向的为140~250GPa,拉伸强度可高达2~3GPa以上,与目前力学性能最为优异的合成有机纤维相比实力不相上下。MFC的线性热膨胀系数低至0.1ppm/K,比大部分塑料材料的线性热膨胀系数低2~3个数量级,由此可见,MFC的热稳定性非常好。研究表明,MFC巨大的表面积使纤维之间具有很强的内聚力和结合力,无须添加不环保材料-交联剂,MFC的纳米纤维素之间即可在氢键的作用下交联结合,形成具有良好的机械性能、透光性能以及氧气阻隔性能的MFC膜。可见,MFC具有良好的成膜性能,且成膜后的性能优异。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  (四)MFC的应用:MFC作为一种新型的纳米级纤维素功能材料,具有极为诱人的应用前景和潜在价值,可作为增稠剂、稳定剂、悬浮剂、分散剂、乳化剂、湿润剂、凝胶剂和浆内及表面施胶剂等广泛应用于纳米纸、气凝胶、涂料、造纸、生物医药、食品、日用化学品、电子产品等诸多领域。MFC由于具有非常大的长径比,优良的机械性能、光学性能和热稳定性,因此可为柔性屏幕、太阳能电池、导电纸及柔性电路提供一种新型的纳米材料基体。

  MFC在医药领域也有许多应用方向,诸多学者认为MFC可以用于制造促进组织和骨骼生长的纳米脚手架。此外,生物医药领域还开始利用MFC的亲水特性制备水凝胶,应用于药物输送、生物激发器和传感器等诸多方面。最新研究表明,将MFC薄膜与镁金属层复合还可以制备出所谓的“纸电池”,能为信用卡大小的生物芯片提供能量。同时由于其为强度高、刚度大、重量轻、可生物降解和可再生的环保材料,使其在先进纳米复合材料中的应用前景极为广阔。最后,浅谈MFC在印刷领域的应用。首先,印刷用纸给人们的生活带来极大的影响,消费者以及现代印刷界在体验数码印刷便捷性的同时,对印刷品也提出了相当高的要求,环保更是新时期新时代下对印刷产品的极力要求。因此,新型纸张处理产品的研究越来越受到国内外造纸工作者及研究人员的关注。MFC在环保要求的新时代背景下应运而生,研究工作中,由于MFC较高的结晶度,其对纸张有良好的填平作用,经过微纳米纤维素涂布后纸张的表面性能和机械性能都有所提高,为今后微纳米纤维素在纸张涂布中应用的可能性奠定了理论基础和应用基础。此外,MFC诸多优异性能有待开发,以期为制造业做出杰出贡献。

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