微纖化纖維的制備及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

項(xiàng)秀東 萬(wàn)小芳 李友明 武書彬

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640)

纖維素是自然界中最豐富的一種可再生天然高分子聚合物，是棉花、木材、亞麻、木草類等植物細(xì)胞壁的主要成分，也是植物纖維材料的主要構(gòu)成。微纖化纖維 (簡(jiǎn)稱MFC)，也稱為纖維微纖化，由天然木質(zhì)纖維通過(guò)化學(xué)和機(jī)械處理得到直徑1～100 nm、而長(zhǎng)度幾個(gè)微米的綠色材料。木質(zhì)纖維的微纖化過(guò)程與制漿過(guò)程類似，通常借助化學(xué)和機(jī)械作用來(lái)破環(huán)植物纖維細(xì)胞化學(xué)組成間的內(nèi)聚力，使化學(xué)鍵和非化學(xué)鍵連接的木素、半纖維素和纖維素實(shí)現(xiàn)分離。MFC尺寸略大于微原纖維，其直徑達(dá)到納米級(jí)別，具有很多優(yōu)異的性質(zhì):如較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性 (表面富含羥基)、高楊氏模量 (理論值達(dá)到145 GPa)、高強(qiáng)度 (微纖化纖維膜的抗張強(qiáng)度達(dá)到82.2～90.3 MPa)、質(zhì)輕 (密度1.5 g/cm3)、較大比表面積(＞50 m2/g)、高結(jié)晶度、高親水性、低熱膨脹系數(shù)(8×10－6/K)等，在諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此，引起了全球科學(xué)家們極大的研究興趣。

20世紀(jì)80年代早期，Turbak等人［1］以漿濃4%左右的預(yù)水解木漿為原料，首次制備出了MFC，通過(guò)對(duì)紙漿纖維反復(fù)進(jìn)行高強(qiáng)度的均質(zhì)化處理后，得到具有納米尺寸的纖維產(chǎn)品，將其分散在水溶液中，形成高度潤(rùn)脹的膠體溶液，當(dāng)濃度高于0.5%時(shí)，呈現(xiàn)白色或半透明的喱狀膠 體。最近5年來(lái)，關(guān)于MFC的研究逐年增加，本文在總結(jié)大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，介紹了MFC的制備方法、表面改性、特性及應(yīng)用領(lǐng)域。側(cè)重于不同的農(nóng)林生物質(zhì)用于制備MFC以及原料化學(xué)組成對(duì)木質(zhì)纖維微纖化的影響;闡述了不同的預(yù)處理工藝對(duì)微纖化程度的促進(jìn)作用。

1 MFC的制備方法

1.1 機(jī)械處理

通過(guò)機(jī)械處理，無(wú)需化學(xué)試劑來(lái)制備MFC，對(duì)環(huán)境影響小。但采用這種方法制備的MFC粒徑分布寬，且制備設(shè)備特殊，能耗高，因此單純使用該方法的較少。

1.1.1 高壓均質(zhì)

在1985年，Turbak等人［2］第一次用機(jī)械法，使用Gaulin均質(zhì)器制備MFC。目前仍然有很多人使用這種方法來(lái)制備各種MFC。在高壓均質(zhì)過(guò)程中，纖維懸浮液在高剪切力的作用下，纖維被切斷、分絲帚化，制備出MFC。Zimmermann等人［3］采用不同的原料，通過(guò)機(jī)械分散和高壓均質(zhì)過(guò)程，制備出了長(zhǎng)度幾微米、直徑小于100 nm的MFC。

1.1.2 研磨法

研磨法的原理是由磨盤產(chǎn)生剪切力，破壞纖維細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)。磨盤由靜盤和動(dòng)盤組成，漿料從磨盤間通過(guò)，動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速在1500 r/min左右。Iwamoto等人［4］采用輻射松紙漿纖維通過(guò)研磨法觀察研磨次數(shù)對(duì)MFC形態(tài)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研磨5次之后，其紙漿纖維的微纖化幾乎完成。

相對(duì)于高壓均質(zhì)法，研磨法制備MFC所需作用的次數(shù)更少，但是研磨法對(duì)纖維的降解和其長(zhǎng)度的影響更大，這將影響MFC的強(qiáng)度和物理性能。

1.1.3 微射流

微射流是指木漿在高壓 (如壓力為2070 Pa)下，通過(guò)一個(gè)直徑為200～400 μm的Z型管道。微射流使?jié){料受到很大的剪切力 (高達(dá)107s－1)，從而形成MFC。由于該過(guò)程得到的纖維表現(xiàn)出很好的均一性，越來(lái)越受到人們的青睞，但是從環(huán)境角度來(lái)考慮，其能耗依然較大。

1.2 其他制備方法

通過(guò)機(jī)械方法制備MFC，除了上述方法之外，還有低溫壓碎法、靜電紡絲法等。Dufresne等人［5］曾利用低溫壓碎法從甜菜渣漿制得了MFC，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)很少有人使用這種方法了。而靜電紡絲法制取MFC，目前仍處在理論研究階段。

2 制備MFC的原料種類和植物纖維化學(xué)成分對(duì)微纖化的影響

2.1 原料種類

2.1.1 木材纖維

硫酸鹽漿是研究較多的MFC原料，包括闊葉木漿與針葉木漿。20世紀(jì)80年代早期，Turbak等人［1］以預(yù)水解木漿為原料，首次制備出了MFC。在此之后，大部分研究都是采用木材纖維為原料，但隨著地球森林覆蓋率的不斷減少，非木材纖維日益受到關(guān)注。

2.1.2 非木材纖維

非木材纖維木素含量很少，不需要漂白，因此，越來(lái)越多的研究者以其為原料進(jìn)行微纖化來(lái)制備MFC，如大麻、亞麻、劍麻等。另外，蔗渣、玉米稈、麥稈和稻梗以及一些蔬菜的根部和殘余物都可以作為原料。非木材具有來(lái)源豐富、種類繁多、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，且可以再生;其中的纖維素在細(xì)胞壁S1層的含量低于木材細(xì)胞壁S2層中的狀態(tài)，因而，易于微纖化且能耗低，工藝簡(jiǎn)單。

Bhattacharya等人［6］以蔗渣為原料，80℃條件下，經(jīng)4%NaOH處理4 h，脫出大部分木素和半纖維素，再經(jīng)過(guò)亞氯酸鈉-冰醋酸漂白，除掉殘留的木素和半纖維素，洗滌多次，經(jīng)兩段高壓均質(zhì)化處理得到MFC。但是，掃描電鏡 (SEM)觀察結(jié)果表明，MFC橫向直徑為20～200 nm，直徑不均一，且易聚集成纖維束。

Robin Zuluaga等人［7］以香蕉殘余物為原料，通過(guò)苯-乙醇有機(jī)溶劑抽提，在堿性條件下用H2O2氧化漂白，然后用體積分?jǐn)?shù)80%冰醋酸和70%硝酸在120℃溫度下作用15 min，脫出木素和半纖維素，然后經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)得到直徑5 nm、長(zhǎng)度幾個(gè)微米的MFC。

2.1.3 動(dòng)物纖維

被囊動(dòng)物由于具有較大的長(zhǎng)徑比，通常被用來(lái)制備MFC。文獻(xiàn)［8］表明，Terech等人通過(guò)硫酸水解被囊動(dòng)物制備出寬度為10～20 nm、長(zhǎng)度為幾微米的MFC。

2.2 植物纖維纖維素、半纖維素、木素三大化學(xué)組分對(duì)微纖化的影響

2.2.1 纖維素對(duì)微纖化的影響

影響MFC得率的因素有原料中纖維素的含量、純度、結(jié)晶度和纖維素沿軸向的微纖化角度。一般而言，纖維素含量高的原料，可以制備得率更高的MFC;結(jié)晶度越高，越不易進(jìn)行微纖化。但是Chen Wenshuai［9］發(fā)現(xiàn)纖維素含量高達(dá)75.4%的大麻纖維經(jīng)過(guò)超聲處理制備MFC時(shí)，其微纖化程度差異較大，反而不及纖維素含量低的木漿、竹漿和麥草漿。作者認(rèn)為這是因?yàn)槔w維素含量高，導(dǎo)致微纖化纖維膠束間存在強(qiáng)氫鍵作用，難以得到超薄和均勻的MFC。

2.2.2 半纖維素對(duì)微纖化的影響

Sabrine等人［10］研究了蕉麻、亞麻、劍麻、大麻和黃麻纖維的微纖化，發(fā)現(xiàn)半纖維素含量高的原料，在高壓均質(zhì)處理時(shí)，MFC更易離散。但Syverd［11］卻持相反的觀點(diǎn)，他發(fā)現(xiàn)輻射松與桉樹相比，半纖維素含量少的輻射松更易于微纖化。所以半纖維素對(duì)微纖化的影響比較復(fù)雜，不同的原料會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。

2.2.3 木素對(duì)微纖化的影響

Kelley Lynn Spence等人［12］的研究表明，在高壓均質(zhì)化后，雖然由于木素的存在導(dǎo)致密度的大幅下降，但是其手抄片的物理強(qiáng)度并沒有出現(xiàn)明顯的降低，而且其比表面積和保水值比沒有木素存在的情況下更高。所以制備含有木素的MFC將會(huì)有一個(gè)很大的潛在市場(chǎng)，將推動(dòng)MFC的工業(yè)化進(jìn)程。此外，制備含有木素的MFC可減少預(yù)處理的步驟和化學(xué)品用量，減少對(duì)環(huán)境的污染，降低制備成本。

Eliangela［13］以白色棉花和彩棉為原料，經(jīng)過(guò)除蠟、6.5 mol/L硫酸水解、超聲處理5 min，制備MFC。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，棕色、綠色和寶石色的彩棉與白色棉花相比，其木素含量最高達(dá)16%，半纖維素最高為11%，MFC得率達(dá)到52%，略低于白色棉花的得率。作者認(rèn)為，彩棉原料沒有經(jīng)過(guò)漂白處理，也能得到MFC，且可以制備彩色的納米顆粒，說(shuō)明木素的存在并不影響微纖化。

3 MFC的原料預(yù)處理

為了獲得硬度小、黏度低的纖維以及降低微纖化所需的能量，主要有3個(gè)途徑:①限制氫鍵的形成;②增加排斥電荷;③降低聚合度或減少各MFC無(wú)定形區(qū)之間的連接。

3.1 酶預(yù)處理

酶預(yù)處理工藝條件溫和、專一性強(qiáng)。酶解即利用纖維素酶選擇性降解無(wú)定型纖維素，剩余部分即為纖維素晶體。在這一過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生表面腐蝕、剝皮以及細(xì)纖維化和切斷作用，從而使纖維素分子聚合度下降。酶的加入同樣會(huì)增加細(xì)胞壁的分層，從而更加有利于機(jī)械處理。

Henriksson等人［14］使用一種C型內(nèi)切聚葡萄糖酶研究酶預(yù)處理。他們將經(jīng)酶預(yù)處理的MFC與沒有預(yù)處理的MFC相比較，以及將用溫和水解與強(qiáng)水解所得到的MFC進(jìn)行比較，其中這些過(guò)程的機(jī)械處理都是使用相同的Gaulin均質(zhì)化。內(nèi)切聚葡葡糖酶預(yù)處理，增加了纖維的潤(rùn)脹作用，有利于纖維細(xì)胞的分解。而且這種環(huán)保的預(yù)處理減小了纖維的長(zhǎng)度，拓寬了纖維材料的應(yīng)用范圍，賦予了MFC一種更加優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。

3.2 TEMPO催化氧化預(yù)處理

2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基 (TEMPO)是一種哌啶類氮氧自由基。TEMPO具有弱氧化性，在TEMPO共氧化劑體系存在的條件下，可以只選擇性地氧化纖維素分子中的伯醇羥基，而對(duì)仲醇羥基無(wú)作用。TEMPO氧化反應(yīng)是在水介質(zhì)和常溫常壓下，短時(shí)間處理纖維后，伯醇羥基有選擇性地被氧化并轉(zhuǎn)化為羧基的一種轉(zhuǎn)化反應(yīng)，是屬于酶反應(yīng)或類似于生物體內(nèi)反應(yīng)的綠色化學(xué)范疇。TEMPO-NaClO-NaBr和TEMPO-NaClO2-NaClO共氧化體系便于操作，氧化產(chǎn)率高，是目前科學(xué)研究中常用的方法。

Chang等人［15］首次將 TEMPO-NaClO-NaBr體系應(yīng)用于纖維素、羧甲基纖維素和甲殼素等多種水不溶性聚葡葡糖的氧化，結(jié)果顯示伯羥基被高選擇性地氧化，且氧化纖維素的產(chǎn)率非常高。Tsuguyuki Saito［16］將TEMPO-NaClO2-NaClO媒介氧化體系應(yīng)用于闊葉木纖維素，該反應(yīng)在水相中進(jìn)行，反應(yīng)溫度60℃，pH值6.8，主要氧化劑為NaClO2，發(fā)現(xiàn)羧基含量約為0.8 mmol/g。Youssef Habibi等人［17］以氧化纖維素為原料制備了MFC，并發(fā)現(xiàn)它們?cè)谒芯哂泻芎玫姆稚⑿浴?/p>

3.3 羧甲基化作用

另外一種化學(xué)預(yù)處理方法是羧甲基化作用，通過(guò)增加負(fù)電荷進(jìn)攻，促進(jìn)MFC表面形成羧甲基。

Aulin等人制備了羧甲基化的MFC，而且將其尺寸與沒有預(yù)處理的MFC相比較，羧甲基化處理使纖維高度帶電且易于分離。Taipale等人［18］研究發(fā)現(xiàn)羧甲基化作用后，每次微流化作用所需的能耗是2.2 MWh/t，而沒有預(yù)處理的 MFC所需的能耗是5.5 MWh/t。

3.4 堿液預(yù)處理

采用低濃度堿液預(yù)處理漿料，使纖維素溶脹，促進(jìn)水的吸收，減少氫鍵的作用力，從而降低微纖化過(guò)程中的能耗;也有觀點(diǎn)認(rèn)為溶脹行為是非均相的，導(dǎo)致微纖維的重構(gòu)而減弱氫鍵的作用。但是要注意堿液濃度，保證堿解發(fā)生在纖維表面，否則在溶出木素、果膠和半纖維素的同時(shí)，不可避免地降解纖維素，從而損失MFC的得率。

3.5 酸水解

為了有助于細(xì)胞壁的解離，有時(shí)采用酸水解的預(yù)處理方式，但會(huì)大大降低纖維素的分子質(zhì)量而得到較短的、纖維狀晶體結(jié)構(gòu)，即微晶纖維;且酸水解會(huì)降低材料的強(qiáng)度。所以在制備MFC的過(guò)程中，一般很少有人采用酸水解的預(yù)處理方法。

4 MFC的改性方法

預(yù)處理的目的是減少M(fèi)FC制備過(guò)程中的能耗，而后處理主要是改善MFC的性能，提高其分散性能，賦予其疏水特性等新的性能，以增加它與非極性溶劑的兼容性，開發(fā)新的應(yīng)用。主要的改性方法為加入表面活性劑和化學(xué)接枝。

4.1 乙酰化

乙?；饔檬菫榱私档蚆FC的親水性，增加其與非極性溶劑的親和性。Tingaut等人［19］通過(guò)采用乙?；腗FC，提高了其與聚乳酸基質(zhì)的相容性，從而研發(fā)出了一種PLA-MFC生物復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乙?；暮吭?.5%以上時(shí)，不僅能夠明顯地改變MFC的結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)而且能夠防止在干燥時(shí)發(fā)生角質(zhì)化。接枝乙?；軌驕p少M(fèi)FC間的氫鍵形成，利于其在非極性溶劑中更好地分散，在工業(yè)生產(chǎn)中，利于MFC的儲(chǔ)存、運(yùn)輸。

Rodionova等人［20］將微纖化硫酸鹽 (KP)漿纖維經(jīng)乙?；男蕴幚恚@得了具有良好防護(hù)性能的MFC膜。乙?；饔靡矐?yīng)用于細(xì)菌纖維素以提高M(jìn)FC復(fù)合材料膜的光學(xué)性能及熱降解阻力。

4.2 甲硅烷基化

通過(guò)甲硅烷基化對(duì)MFC表面進(jìn)行改性可以獲得具有疏水性的MFC。Gousse等人［21］研究了不同的甲硅烷基化條件的影響，發(fā)現(xiàn)表面甲硅烷基化度在0.6～1之間時(shí)，MFC能夠在不失其特性的情況下很好地分散在有機(jī)溶劑中。

4.3 偶聯(lián)劑的接枝

偶聯(lián)劑的接枝主要應(yīng)用于MFC復(fù)合材料中。例如，Lu等人［22］通過(guò)3種不同的偶聯(lián)劑對(duì)MFC進(jìn)行改性，從而增強(qiáng)MFC與環(huán)氧樹脂間的黏著力。

4.4 添加抗菌劑

Andresen等人［23］在MFC中加入十八烷基氯化銨(ODDMAC)，以增強(qiáng)MFC的抗菌性。通過(guò)對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌的抵抗性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，只需在MFC膜上添加很低濃度 (0.14%)的抗菌劑，就可以殺死99%的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。

4.5 化學(xué)涂布

Bei Wang等人［24］利用大豆原料，通過(guò)化學(xué)-機(jī)械處理制備了MFC。為了改變MFC的強(qiáng)親水性能，在其表面涂布乙烯-丙烯酸酯的低聚物乳液，通過(guò)低聚物的羧基和大豆納米纖維表面豐富的羥基生成化學(xué)鍵，賦予疏水性。

5 MFC的特性及應(yīng)用

5.1 MFC的特性

5.1.1 形態(tài)

采用不同原料制備的MFC有著相似的形態(tài)，但其直徑不同。而不同的處理方法同樣也會(huì)得到不同尺寸的 MFC。掃描電鏡 (SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡 (AFM)是用來(lái)觀察MFC及測(cè)量其直徑的主要技術(shù)。Alemdar等人［25］測(cè)量了采用各種農(nóng)業(yè)廢棄物制備的MFC的直徑，其中麥草和大豆殼制備的MFC直徑分別為10～80 nm和20～120 nm，長(zhǎng)度約1 μm。

5.1.2 聚合度

通常研究者們使用銅乙二胺溶液，按照ISO-5351方法測(cè)定MFC的黏度，然后根據(jù)Mark-Houwink方程來(lái)計(jì)算MFC樣品的聚合度。采用這種方法測(cè)量由亞硫酸鹽針葉木漿為原料制得的MFC的聚合度為825，而初始紙漿的聚合度為2249。

5.1.3 結(jié)晶度和晶體尺寸

通常情況下，采用X射線衍射來(lái)測(cè)定纖維素的結(jié)晶度。不同原料的MFC，其結(jié)晶度不同。例如以麥草和大豆殼為原料制備的MFC結(jié)晶度分別為78%和70%;而以甜菜漿為原料制備的MFC的結(jié)晶度則非常低，只有30%～40% 。

相對(duì)于研磨法，對(duì)高壓均質(zhì)法引起纖維素結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)破壞的研究較少。Saito等人［26］的研究結(jié)果表明，TEMPO氧化過(guò)程天然纖維素纖維素Ⅰ的結(jié)晶度(59%～92%)和晶粒大小 (3.2～6.2 nm)不發(fā)生變化。因此，羧甲基和乙酰基基團(tuán)只作用在結(jié)晶區(qū)表面和無(wú)定形區(qū)。

5.1.4 表面化學(xué)

一般通過(guò)電導(dǎo)率滴定法來(lái)分析經(jīng)TEMPO氧化后MFC表面的羧基和醛基含量。采用棉絨制取的MFC的羧基和醛基的含量分別為0.67 mmol/g和0.21mmol/g。而Syverud等人［27］采用漂白KP漿制得MFC并經(jīng)TEMPO氧化后，采用電導(dǎo)率滴定法和電位滴定法兩種方法測(cè)量羧基含量，使用前者測(cè)得的值為0.52 mmol/g，使用后者測(cè)得的值為0.51 mmol/g。

5.1.5 比表面積

比表面積通常利用模型工具，采用長(zhǎng)度與直徑比來(lái)測(cè)定，通常只是個(gè)近似值。根據(jù)Siqueira等人［28］的研究，采用劍麻制得的MFC的比表面積約50 m2/g，比原纖維大10倍。

5.1.6 毒性

目前，有關(guān)MFC的毒性和MFC對(duì)人類健康以及環(huán)境影響的研究依然很少。而Vartiainen等人［29］的研究發(fā)現(xiàn)，MFC不會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成影響。就目前的情況來(lái)看，這對(duì)科研工作者研究MFC有利。

5.2 MFC的應(yīng)用

5.2.1 MFC在造紙上的應(yīng)用

近年來(lái)，研究人員對(duì)納米技術(shù)與納米材料在制漿造紙領(lǐng)域中的應(yīng)用表現(xiàn)出了極大興趣。由于MFC具有極大的比表面積和豐富的表面羥基，若將其加入到紙漿中，其與紙漿纖維能夠緊密結(jié)合，從而提高紙漿纖維之間的結(jié)合力，因此MFC可作為制漿造紙過(guò)程中的增強(qiáng)劑、助留劑和助濾劑，具有很好的應(yīng)用前景。張俊華等人［30］研究了MFC對(duì)紙張的增強(qiáng)效果，他們將竹漿MFC、陽(yáng)離子淀粉及竹漿MFC與陽(yáng)離子淀粉復(fù)配物分別加入到紙漿中進(jìn)行抄片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將竹漿MFC加入到紙漿中，可提高手抄片的物理性能;且MFC與陽(yáng)離子淀粉協(xié)同使用時(shí)，其增強(qiáng)效果要明顯好于單獨(dú)使用竹漿MFC或陽(yáng)離子淀粉時(shí)的增強(qiáng)效果。

Syverud等人［31］發(fā)表了關(guān)于以MFC為涂料的涂布紙制備的研究論文。結(jié)果顯示，經(jīng)MFC涂布后，紙張的透氣度較未涂布MFC紙大大地降低。紙張隔離性能的提高與表面孔隙率的減少有關(guān)的，而表面孔隙率的減少不僅降低了空氣的透過(guò)率，還提高了紙張的抗油性。所以在食品包裝紙上，MFC將有很大的發(fā)展前景。

MFC在印刷領(lǐng)域的應(yīng)用最近也成為越來(lái)越多人研究的對(duì)象，而且有研究表明，MFC作為一種涂料對(duì)人造纖維紙的印刷質(zhì)量也有改善效果。

5.2.2 MFC在復(fù)合材料上的應(yīng)用

MFC通常是由一些長(zhǎng)的線狀微纖維組成的無(wú)規(guī)則網(wǎng)狀物，依然保留了微細(xì)纖維的外形。與宏觀尺寸的纖維及一些纖維素改性產(chǎn)品相比，MFC由于纖維高度微細(xì)化后，比表面積增大且其表面裸露出大量的極性羥基，使得MFC具有極高的保水值、較高的黏結(jié)力、增稠性、懸浮性、穩(wěn)定性、分散性等特殊性質(zhì);與其他合成材料的親和性好，其楊氏模量和抗張強(qiáng)度較普通纖維素有指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，能形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并與其他材料 (包括礦物纖維、玻璃纖維等)能良好地共混成型，從而為新型材料的制備和應(yīng)用提供更為廣泛的選擇對(duì)象。

根據(jù)Antonio等人［32］的研究，采用一種類似于抄紙的方法，將分散均勻的MFC和聚乳酸 (PLA)纖維通過(guò)擠壓成型生產(chǎn)出MFC-PLA復(fù)合材料。使用這種方法得率高，脫水作用時(shí)間短，而且容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。由于MFC分散性好，MFC在復(fù)合材料中的含量可以達(dá)到90%，而且隨著其含量的增加，復(fù)合材料的拉伸模量、強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)呈線性增加。

根據(jù)Plackett等人［33］的研究發(fā)現(xiàn)，MFC復(fù)合材料的氧滲透率很低，其值在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下介于0.01～0.02 mL/(m2·d)之間。這與聚乙烯醇和聚偏二氯乙烯的氧滲透率類似，而遠(yuǎn)低于淀粉膜的1.4 mL/(m2·d)。添加MFC后淀粉膜的抗氧滲透性則得到很好的改善。

在MFC復(fù)合材料中，由于MFC的存在，形成大量氫鍵，內(nèi)部結(jié)合更為緊密，形成剛性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而阻止了水的擴(kuò)散作用，影響其吸水性。根據(jù)Dufresne等人［34］的研究，在淀粉-MFC復(fù)合材料中，水分的吸收速率由快變慢，最后趨于平衡。MFC含量越高，水分的吸收速率越慢，相反則越快。由此可得，MFC賦予了淀粉基膜防水性能。

5.2.3 100%的MFC膜

100%MFC膜具有優(yōu)良的隔離性能，被人們認(rèn)為是氣調(diào)保鮮包裝材料的優(yōu)良替代產(chǎn)品。但是關(guān)于這方面的研究并不多。

有許多方面的因素會(huì)影響100%MFC膜的水蒸氣滲透性，如原料種類、物理結(jié)構(gòu)、預(yù)處理、改性等。根據(jù)Spence等人［35］的研究，闊葉木制得的MFC隔離水蒸氣的能力要比針葉木的強(qiáng)，含有木素將使MFC膜的孔徑更大。因此，不同的制備原料對(duì)MFC膜水蒸氣滲透性的影響很大。而根據(jù)Rodionova等人［36］的研究可得，預(yù)處理對(duì)MFC膜的水蒸氣滲透性影響并不大，MFC的改性會(huì)改善MFC膜對(duì)水蒸氣的隔離性能。

同樣，100%MFC膜的防油性也受很多因素的影響，如MFC的制備過(guò)程、MFC膜的定量和厚度以及改性等。

6 結(jié)語(yǔ)

微纖化纖維 (MFC)作為一種新型的生物質(zhì)材料，屬于納米纖維，不僅具有納米纖維的各種優(yōu)點(diǎn)，而且擁有更大的長(zhǎng)寬比，對(duì)材料的增強(qiáng)性能貢獻(xiàn)更大，而制備過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，環(huán)境污染小。MFC最初由于其具有對(duì)環(huán)境友好和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，而被用于納米復(fù)合材料，如制漿造紙領(lǐng)域的應(yīng)用［37］。隨著研究的不斷發(fā)展，MFC的其他特性也被進(jìn)一步挖掘出來(lái)，尤其是在高值化利用領(lǐng)域上，如電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、日用化工業(yè)［38］等。

由于MFC具有優(yōu)良的防護(hù)隔離性能以及很大的比表面積，其在食品包裝業(yè)、造紙工業(yè)、印刷工業(yè)等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間和市場(chǎng)價(jià)值。但是MFC的規(guī)模化生產(chǎn)上，由于MFC長(zhǎng)徑比很大，需要在低濃度下保持分散，以免纖維過(guò)多纏繞難以消潛，所以MFC在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)葐栴}上存在一些經(jīng)濟(jì)問題。為了更好地利用這種新型生物質(zhì)材料，需要盡快解決這些難題，對(duì)MFC不斷地深入研究，充分發(fā)揮其作用。

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