竹材纳米纤维素的研究进展
摘要：本文综述了竹材纳米纤维素的制备和表征的研究进展。纳米纤维素的制备和研究得到了人们广泛的关注。纳米纤维素的来源广泛，因为在自然界中，植物是通过光合作用合成了大量纤维素，纳米纤维素是从天然纤维素中提取的新型高分子功能材料，因此，是一种取之不尽用之不竭，可降解无污染的天然高分子材料。但是要得到木材纳米纤维素需要砍伐木材，因此对环境有一定的负面影响。竹类植物具有生长速度快、产量高、生态功能强等特点，且具有优良的物理性质和力学性质，不仅促进了生态环境改善，而且还为社会经济发展提供了原材料，因此竹材纳米纤维素，改善了纤维素的缺陷，具有绿色环保，可再生的特点。由竹纤维提取纳米纤维素并应用于高分子复合材料的研究具有重要意义，将来绿色高效的生物质纳米纤维素将是重要的方向等。
关键词： 竹材；纳米纤维素；冷冻干燥；表面改性
Study on Bamboo nanocellulose
ABSTRACT: The preparation and characterization of bamboo nanocellulose were reviewed in this paper. The preparation and research of nanocellulose have attracted extensive attention. Nanocellulose has a wide range of sources. In nature, plants synthesize a large amount of cellulose through photosynthesis. Nanocellulose is a new kind of polymer functional material extracted from natural cellulose. Therefore, It is an inexhaustible, degradable and pollution-free natural polymer material. But get wood nanocellulose requires cutting wood, so it has a negative impact on the environment. Bamboo plants are fast growth, high yield, the characteristics of ecological function, and has excellent physical properties and mechanical properties. It not only promotes the improvement of ecological environment, but also provides raw materials for social and economic development. Therefore, bamboo nanocellulose, improve the cellulose defects, with green environmental protection, renewable characteristics. The research on the extraction of nanocellulose from bamboo fiber and its application in polymer composites is of great significance. The green and efficient biomass nanocellulose will be an important direction in the future.
Key words: bamboo; nanocellulose; Freeze drying; Surface modification;
研究背景：
纤维素是地球上最丰富的天然可再生资源之一，具有价廉、可降解、对环境友好等特点，但也存在一定缺陷，限制了应用范围，纳米纤维素从纤维素中提取，得到纳米级微晶纤维素，却能在一定程度上使其性能得到优化，从而扩大应用范围[1]。作为一种新型绿色纳米材料，近年来在各领域受到了广泛关注。生物质材料由纳米纤维素所支撑，将纳米纤维素从生物质材料中分离出来，利用其高比表面积、高强度和低热膨胀系数等特点，可开发出多种纳米纤维素基制品。而生物质材料中竹材是被公认为的绿色环保型材料，并且竹纤维所具有的优异的力学性能，使它可以应用于纤维增强高分子复合材料中[2]。中国是世界上竹林面积最大和竹材产量最高的国家。竹类植物具有一次造林成功,即可年年成竹、年年砍伐、永续利用而不破坏生态环境的特点。它的生长速度最快，采伐周期最短，生长量较大。[3]
纤维素是自然界中广泛存在的一种天然的可更新可再生聚合物资源，广泛存在于木材、棉、非物质纤维、部分原生动物、以及植物基体中，纤维素由无定形区和结晶区构成，无定形区分子排列松散[4]。从天然纤维素中提取分离的纳米纤维素的原理是在各种化学试剂和机械力的作用下无定形区优先于结晶区发生变化，在一定条件下降解无定形区，保留结晶区，进而得到具有较高结晶度的生物质纳米纤维素。其具有特点是：可再生，可降解，来源广，比表面积大，结晶度高，亲水性好，透明度高，强度高，热膨胀系数低，易功能化。大致可分为三类：第一类：纳米纤维素晶体：一般由强酸水解得到，呈针状晶须结构，直径5-70nm，长度100-250nm，结晶度60-90%，杨氏模量为150GPa[5],拉伸强度为10GPa；第二类:纤维素纳米纤丝：一般由物理法得到，呈纤丝状，直径5-60nm，长度1000-10000nm，由结晶区和无定形区交替组成；第三类：细菌纳米纤维素：由细菌在生物酶作用下对葡萄糖进行生物聚合产生的，结晶度高于植物纤维素，长度不定，直径20-100nm。
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