是 因为纤 维 表面引 入 的高密 度羧 基在 水中带 阴离 子 电荷 ．因此 在水 中它们 之 间的静 电斥 力能有 效作 用 于 纤维 素 纳米 纤 丝之 间并 促进 其 有效 解 离 对 于
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天 津 造
木 质 纤 维素 的 Ｔ Ｅ ＭＰ ０媒 介 氧 化 体 系 而 言 ． Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ ／ Ｎ ａ Ｂ ｒ ｆ Ｎ ａ Ｃ １ ０体 系 最 初 被 应 用 于 多 种 氧 化 实 验 研 究
近年 来． 纳米纤 维由于其可天然再 生 。 可 生物 降解 ， 良好的光 学、 机械 性能 以及 无可比拟的资 源优
势等 ． 成为 纳米技 术研 究领 域的一 大热点。 本 文综合论述近 年来纳 米纤维制备与应 用方面科研工作进 展 ．对 ｒ ｒ Ｅ ＭＰ ０ ／ Ｎ ａ Ｂ ａ Ｃ １ ０和 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ ／ Ｎ ａ Ｃ ｌ ０ ／ Ｎ ａ Ｃ ｌ Ｏ ２ 体 系下氧化 纤维素的基本原 理 、 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ氧化预 处理 纤维素纳米纤 维 （ Ｔ Ｏ Ｃ Ｎ ｓ ）的制备 流程 以及其在 复合材料增 强和膜材料领 域 中的应 用进行 了回
１ ． １ Ｔ Ｅ ＭＰ ｏ 氧化 纤维素 的反 应原理 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ是 一种 稳定 的 氮氧 自由基 ．于 １ ９ ６ ０年
均质 或研 磨设 备产 生 的高速 剪切 作用 。使 纤维 细胞
壁 结 构 解 离形 成 直 径 为 纳 米 级 （ １ ０ ０ ｎ ｍ 以下 ） 的微 纤丝 束 （ 团） 翻 。纤 维素 纳米 纤丝具 有 较高 的长 径 比 。 高 刚度值 和 低 的热 膨 胀系数 ．同时 具有 低密 度 。基 于这 些 特点 ． 作 为新兴 的生 物质 纳米 材料 ， 纤维 素 纳 米纤 丝 的研究 和应 用 备受关 注 从木 质 纤维 素纤 维或 纸浆 中分 离获 得纤 维素 纳 米纤 丝是 常用 的纳米 纤维产 品制备 方法 之一 由于 木 材植 物 细胞壁 中的纤维 素大 分子 内部 和分 子 问存
效 率 ．其 中应 用 最 为 广 泛 的 预 处 理 技 术 当 属 用 ２ ． ２ ， ６ ． ６ 一 四 甲基 哌 啶一 １ 一 氧 自由基 （ Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ ） 氧化 预 处 理【 ７ 】 本 文在 综述 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ氧化 纤维 素纳米 纤丝 制备 的基 础上 ． 进一 步 对 当前相 关 的 Ｔ Ｏ Ｃ Ｎ ｓ 研究 进 展进 行 了阐述 ． 并初 步 展望 了 Ｔ Ｏ Ｃ Ｎ ｓ 在 复合 增强 材料 和 膜材料 等 领域 的应用 前景
构［ ３ １ 。在过 去 的几 十年 中 。 机 械解 离 处 理 、 酸 水 解 预 处理 、 生 物酶 预处 理 、 预氧化 等 多种 预处理 技术 被广
浮液中． 通 过 温 和 的机械 处 理 ． 经过 Ｔ Ｅ Ｍ Ｐ Ｏ选 择性 氧化 的木 质纤 维能 够被 分解 成单根 的纤 维素 纳米纤
首次 被 Ｌ ｅ ｂ ｅ ｄ ｅ ｖ和 Ｋ ａ ｚ ａ ｍｏ ｖ ｓ ｋ ｉ ｉ 发现 ． 由于其 具 有较
好 的稳定 性 ． 很 快受 到 了众 多研 究者 的关 注［ ８ ｌ 使用 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ催 化氧 化纤 维素 被认 为是 一种 有效 的方 法 。 它 能使木 质纤 维素 纤维结 构 在其悬 浮液 反应 体系 中 被 充分氧 化 ， 为后 续机械 解离 建立 良好 的基础 条件 。 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ是 一种 水溶 性 的稳定 硝 酰 自由基 ． 可 以被用 于将 多糖 的伯 羟基 选择性 地催 化 氧化 ．使 之转 化为
天
Ｔ Ｅ Ｍ Ｐ Ｏ氧化纤维素纳米纤维的制备及应用
王福敏 李群 王 爱姣 侯 玉峰
（ 天 津科技 大学造 纸 学院 ， 天津 市制 浆造纸 重 点 实验 室 ， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ７ ）
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摘
要 …
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一・
丝． 即Ｔ Ｅ Ｍ Ｐ Ｏ 氧化 纤 维 素 纳米 纤 丝 （ Ｔ Ｏ Ｃ Ｎ ｓ ） 『 ３ 】 。这
泛应 用 于木质 纤维 素纤 维 的解 离 ． 旨在 提高纤 维 素 纳 米纤 维 的 制备 效 率 。研 究 表 明 。 以 生化 或 化 学
方法 预处 理结 合 后续 机械处 理 的加 工方 式 ．能够 实 现较 大程 度地 节 约纳米 纤维 的制备 能耗并 提 高制 备
界 中每年 产 生 天然 纤 维素 资 源大 约 ７ ． ５ ｘ １ ０ １ ￣ ｔ［ １ ］ ． 其
中大 量 的纤维 素原 料得 不到 有பைடு நூலகம் 利用 ，作 为一 种具
有优 良特 性 和天然 环保 、 可再 生 利用 的生 物质 资源 ．
深入 研究 和不 断拓 展其 应用 领域 ．对 于社 会经 济发 展 和科技 进 步具有 重要 意义
羧基［ ９ － １ ｌ ｊ 。 当前 研究 表 明 ． ４ 一 Ｈ — Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ媒 介体 系催化
氧 化木质 纤 维素 的过 程 中 ． Ｃ ６位 上 的伯醇 羟 基能 被
选择 性地 氧化 成醛 基并 进一 步氧化 为羧 基 ．在水悬
在 普遍 的氢 键结 合 ．微纤 丝交 织形 成稳 定 的网络 结
在植 物生 长过 程 中 ．由光合 作用 产生 的葡 萄糖
聚合 形 成纤 维素 大分 子 ．进 一 步 以微 纤 丝形式 聚 集 并 构成 植物 细胞 壁 。 通常 所说 的纳 米纤 丝ｆ Ｃ Ｎ Ｆ １ 指 的 是在 植物 纤维 细胞 壁在 高度 润胀 条件 下 ．利用 高压
１ Ｔ Ｅ ＭＰ ｏ 的氧 化原 理 与纳米 纤维 素制 备过 程
顾 展望 了 Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ氧化 法纳米纤维材料 的发 展前景 。
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关键 词 ： Ｔ Ｅ ＭＰ Ｏ氧化 ； 纳米纤 维 ； 纳米复合增 强材料 ； 膜材料
纤 维 素是 自然 界最 为丰 富 的生物 质材料 ． 自然