文献综述
1.纤维素
纤维素是是由beta;-D吡喃型葡萄糖通过1-4苷键连接形成的线性高分子材料，其英文简称为（Cellulose）,分子式为。纤维素是大自然当中分布最广的化合物，具统计，全国每年纤维素合成量超过1.5万亿吨，而人类实际利用起来用于工业生产的不足6千万吨，如何提高纤维素的利用率一直是科学家们研究的问题。纤维素是线性高分子化合物，天然的纤维素聚合度达到10000dp,再生纤维素聚合度也在200至800左右,纤维素在C6位上有伯羟基，在C2，C3位上有仲羟基，由于特殊的基团存在，为纤维素的氧化，醚化，酯化，接肢共聚创造了条件，纤维素在原细纤维内排列紧密的结晶区，有很好的取向性，其密度为1.59g/cm3，原细纤维外层非结晶区排列杂乱松散，易受到酸碱酶的攻击,其密度越为1.5g/cm3,纤维素表面含有大量羟基，靠氢键连接，其连接强度远远大于范德华力，溶解性，降解性，氧化性等特性为纤维素的发展奠定基础。
2.纳米纤维素
2.1纳米纤维素的介绍
ISO/TS27687-20089[1]对纳米纤维素有明确的定义，纳米纤维素是指任意两个纬度尺寸相差不超过3倍，且处于100纳米之内，第三纬度远大于其余纬度Habibi[2]研究指出要想得到一个微纤化纤维素需要36个根纤维链通过氢键连接形成，其再组合形成微细纤维从而得到细纤维，纳米纤维素尺寸就介于1至100nm之间。纤维素纳米材料按照纳米纤维素的特性可分为纤维素纳米晶体跟纤维素纳米结构材料，纤维素纳米体再细分为纤维素纳米晶体(CNC)跟纤维素纳米纤丝(CNF),而纤维素纳米结构材料可分为纤维素微晶体(CMC)以及纤维素微纤丝(CMF)。纳米纤维素可由植物，动物，细菌生产提取，来源宽广。纳米纤维素根据来源及功能特性不同可分为三类，纤维素纳米晶体(CNC)，微纤化纤维素(MFC)或纳纤化纤维素（NFC）,细菌纤维素（BNC）。
纤维素纳米晶体CNC是通过55％～70％w/w.的浓酸处理植物纤维原料得到的长棒状结构物质，直径为2至20纳米之间，长度不超过600nm，主要由结晶区构成，纵横比较小。由于在纤维表面引入了磺酸基团，增大的表面负电荷密度能有效减轻NCC在湿部的絮聚凝现象，但是引入磺酸基会导致热稳定性能的下降，CHEN[3]发现通过减少酸的浓度可以使NCC的得率得到提升，再通过最近研究的废液副产物再利用的研究，为NCC工业化制备提供可能。
美国ITT公司的研究人员[4]在上个世纪八十年代首次用4％浆浓的亚硫酸盐铁杉浆为原料制备出MFC,再通过机械法多次处理，当浓度高于0.5％时获得高浓状白色胶体纳米纤维胶体物质，进一步降低获得透明纳米级纤维素产物。微纤化纤维素MFC保留了结晶区跟非定型区的微细纤维外形，通过交织形成无定形网络结构，直径约为40nm,长度至少6mu;m,可见MFC长径比很大，由于使用各种工艺制造出来的MFC分丝帚化程度深，比表面积增大，能暴露出更多羟基，因而获得较高的杨氏模量，其抗张强度，可降解性，保水能力，增稠能力，亲和力 分散能力，均得到增强。[5]与微纳纤维素有所区别的微晶纤维素MCC，其直径小于70nm,长度与微纤化纤维素相近，纵横比约为1，是天然纤维素降解的产物，聚合度达到平均聚合度的可自由流动白色粉末状固体。
细菌纤维素(BNC)完全区别与微纤化纤维素(MFC)跟纤维素纳米晶体(CNC)，它是葡萄糖醋酸酐菌胞外分泌产物，直径介于3至5纳米之间，由于其特殊的结构造就了它优良的物理强度，透气性，结晶度，弹性模量。研究项目涉及医学，复合材料，能源等诸多方面。[6]
2.2纳米纤维素的制备
纤维素原料通过化学预处理、酶预处理等方法，降低机械解离能耗，赋予纤维素特殊官能团，常用的预处理方法是羧乙基化预处理，可在高浓水性条件下，获得超过260dp聚合度，润涨解离充分的纳米纤维素，目前该方法适用于漂白阔叶浆、漂白针叶浆、化学机械浆以及竹浆等纤维原料。预处理之后可通过机械研磨得微纤化纤维素，高压均质处理得到直径在10nm~100nm之间的钠纤化纤维素。
2.3纳米纤维素的生产及应用
纳米纤维素采用特殊加压进料系统，随浆浓增加，能耗大幅度下降，当浆浓超过6％时，能耗曲线变化趋于平缓，伴随着研磨解离新技术的产生，纳米纤维素连续高效低能耗制备逐渐成熟。早在2011年瑞典的Innventia公司就开始了NFC产业化生产试验，随后芬兰Imatra工厂试点生产微纤化纤维素，加拿大的Domtar与FPInnovations建立了合作生产NCC的首家工厂CelluForce，日本王子造纸与三菱化学联手完成了纳米纤维素薄膜连续化生产，同年底日本造纸公司岩国工厂CNF生产量达到年产30吨。目前，世界上多个国家建立起上百家MFC产业化生产工厂，产能1kg～10吨/天。制备所得的产品性质与浓度跟干燥方式有关，分散液经喷雾干燥溶剂交换可得到粉末状固体，凝胶产品经冷冻处理能制得气凝胶产品，乳液经流延，铸涂、刮涂工艺变成薄膜。
纳米纤维素现在广泛应用于造纸，复合材料，电子，医药，能源，油漆，涂料等领域。由于纳米纤维素有比表面积大，保水值高，分散性好等特点，当纳米纤维素用于造纸浆内添加时能作为增强剂，助留剂，表面涂布如纳米纤维素/淀粉体系能像涂料一样渗透进纤维间隙，从而提高纸品表面平滑度，耐性，印刷适性，抗水性等。添加纳米纤维素能增加填料用量，目前科学家们已经研究出纳米纤维素/填料改性技术，通过胶体凝聚机理提高填料留着率减少长纤比例，提高填料用量，降低定量 减少成本。纳米纤维素有良好的阻隔性能，可持续性，生产出来的阻隔材料，纳米纤维素/聚凝胶制品能成为为代替石化制品，解决能源问题的钥匙。纳米纤维能作为复合材料增强剂，纳米纤维素可用棒图法生产出空隙率介于15％～80％，孔径介于100nm～1000nm具有疏水性的膜材料；有数据表明，当MFC加入量为1.5％时，材料横向拉伸强度提升28％，用MFC替代有机增强纤维，能减少成本的开支。纳米纤维素作为生物传感器、生物载体广泛应用于生物领域，较高的保水性跟离子渗透能力又使得它可以作为化妆品添加剂，细菌纤维素制成的薄膜不仅机械性能好，而且有利于药物缓释；化学复合形成的纳米纤维素与银纳米粒子能促进伤口愈合，对医学有卓著成效。由此可见，纳米纤维素的开发利用仍然是国际间研究的热门话题。[18]
3.微纤化纤维素
3.1微纤化纤维素介绍
微纤化纤维素(MFC)属于纳米纤维素，是新型高度润涨胶体状纤维素产品，来源宽泛，主要有竹，木，麻，棉，海藻。MFC表面带负电，直径大约20nm～40nm,长度小于20mu;m，如此大的长径比降低了MFC渗透能力，MFC比表面积大，表面呈现丰富的羟基[8]，在水中易表现类凝胶特性，假塑性，触变性，有很高的保水值、黏结力、分散性、泊松比跟弹性的模量裕度以及抗张强度。[7]
3.2纳米纤维素的制备
3.2.1机械法制MFC
美国ITT公司的Turbak和Herrick等人首次制备出由大量微纤丝构成的新型纤维素，并以MFC命名，Shree p.Mishra等人随后通过TENPO-NaBr-NaOCl体系预处理，再以简单的机械搅拌，做出高结晶度的MFC,Alemdar与Wang[9]分别在稻麦草、大豆中通过化学预处理以及机械处理制备出纳米纤维素，Zimmermann 12 [10]等人以不同的纤维原料，通过机械摩擦和高压均质处理，制备出最大长径比的纳米纤维素，由此可见，机械法制MFC是深受研究人员欢迎。常用的机械法包括高压均质处理，微射流处理，超细研磨处理，冷冻破碎处理和高强超声处理。
3.2.1.1高压均质处理
上世际80年代初Turbak、HERRICK等[3]最早制备出MFC的科学家们就是通过高压均质处理的方法得到MFC的，高压均质处理是往复泵弹簧阀在调压手柄调节下，把高压仓里面的浆料快速挤出，纤维在30～150MPa压力骤降下降发生湍动碰撞，强大的爆破剪切力使纤维细化。它跟螺旋进料器类似易堵浆，处理前都需要对浆料尺寸控制。[4]KELLEY等30以漂白针叶木浆2％打浆三小时，之后在温度45度，压力55MPa，浆浓0.7％条件下均质出直径小于一百纳米的微纤化纤维素。WANG跟Sain用12000r/min的PFI盘磨机处理黄豆夹，在100Mpa压力的均质仪下循环处理20次得到直径小于100纳米的微纤化纤维素。现在最常用的就是在预处理降低能耗的基础上，用高强度的机械力作用使纤维撕裂成直径符合纳米尺寸的丝状体。
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