纖維素納米紙（CNP）具有質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)性能優(yōu)異、熱穩(wěn)定性好、熱延展性低、阻隔性高以及可生物降解等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電子器件、顯示基板、太陽(yáng)能電池、包裝阻隔材料等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，CNP對(duì)水敏感，大量的水或高濕度環(huán)境會(huì)使纖維素潤(rùn)脹，從而導(dǎo)致其失去原有的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，這大大限制了CNP在水中以及高濕條件下的應(yīng)用。目前，國(guó)際上一般采用乙?；?、硅烷化、或接枝改性等方法來(lái)改善CNP的抗水性能，這些方法在一定程度上能夠改善CNP的耐水性，但復(fù)雜的化學(xué)改性方法也會(huì)不可避免地造成CNP機(jī)械性能的損失和制備成本的提高。 近日，青島能源所生物基材料組群木質(zhì)纖維素精煉課題組，采用了易回收的有機(jī)酸水解法從天然木質(zhì)纖維中提取含木質(zhì)素的納米纖維素，然后通過(guò)機(jī)械力協(xié)同作用制得具有優(yōu)異抗水性能的CNP。整個(gè)制備過(guò)程無(wú)需任何復(fù)雜的化學(xué)改性，直接通過(guò)一步法有機(jī)酸水解分級(jí)解離天然纖維原料，并得到含木質(zhì)素的納米纖維素；隨后在二甲基乙酰胺（DMAC）中，通過(guò)機(jī)械力作用實(shí)現(xiàn)納米纖維表面分子的部分溶解，溶解的纖維素分子在干燥成膜的過(guò)程中發(fā)生重結(jié)晶；重結(jié)晶的纖維素分子和具有天然疏水特性的木質(zhì)素協(xié)同作用填補(bǔ)了CNP中納米纖維素之間的缺陷，形成更為致密的納米結(jié)構(gòu)。該方法制得的CNP具有良好的機(jī)械性能（255 MPa, 19.7 MJ m-3），不僅克服了CNP怕水的缺點(diǎn)（濕強(qiáng)可達(dá)83 MPa，為現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的最高值），而且木質(zhì)素的引入還賦予了CNP優(yōu)異的紫外吸收性能。該研究開(kāi)發(fā)的制備過(guò)程無(wú)需復(fù)雜工藝和昂貴試劑，所用溶劑均可回收，整個(gè)過(guò)程清潔，并可實(shí)現(xiàn)CNP強(qiáng)度和紫外屏蔽性能的可控制備，產(chǎn)品具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)成果作為Back cover文章發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A雜志上（JMCA 2018，DOI: 10.1039/C8TA01986J）。
納米纖維素因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)越的性能一直受到學(xué)術(shù)和企業(yè)界的關(guān)注和重視，日漸成為新材料和纖維素科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，從天然木質(zhì)纖維素中提取納米纖維素的工藝過(guò)程一直存在著能耗高、用水量大、化學(xué)藥品不易回收等問(wèn)題。為攻克上述難題，木質(zhì)纖維精煉課題組長(zhǎng)期致力于開(kāi)發(fā)新型綠色高效的納米纖維素制備方法，在國(guó)際上率先建立了基于易回收的固體酸和有機(jī)酸水解法制備納米纖維素的方法體系，包括磷鎢酸水解法制備纖維素納米晶體CNC（Carbohydrate Polymers, 2014, 110: 415），甲酸水解-TEMPO氧化法制備高分散性CNC（Carbohydrate Polymers, 2015, 113: 605），氯化鐵催化的甲酸水解法制備CNC（Cellulose, 2016, 23: 2389）和纖維素納米纖絲CNF（Industrial Crops and Products, 2016, 94: 736），以及一步法從煙稈中提取具有高抗水特性的CNF（Journal of Materials Chemistry A, 2018），并先后申請(qǐng)一系列中國(guó)發(fā)明專利，目前已授權(quán)2項(xiàng)（ZL2013104830736；ZL201510680481.X）。課題組在納米纖維素方面的相關(guān)系列研究為高效、低成本、綠色制備納米纖維素以及相關(guān)高性能復(fù)合材料開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用提供了新的思路，相關(guān)成果綜述發(fā)表在《化學(xué)進(jìn)展》（Progress in Chemistry, 2018, 30, 448）雜質(zhì)上，并被推薦為熱點(diǎn)文章。
相關(guān)系列研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等的資助。（文/圖 劉超 李濱）
相關(guān)成果發(fā)表
1. Qingbo Wang, Haishun Du, Fang Zhang, Yuedong Zhang, Meiyan Wu, Guang Yu, Chao Liu*, Bin Li*, Hui Peng. Flexible cellulose nanopaper with high wet tensile strength, high toughness and tunable ultraviolet blocking ability fabricated from tobacco stalk via a sustainable method. Journal of Materials Chemistry A, 2018, DOI:10.1039/C8TA01986J.
2. 杜海順, 劉超, 張苗苗, 孔慶山, 李濱*, 咸漠. 納米纖維素的制備及產(chǎn)業(yè)化, 化學(xué)進(jìn)展, 2018, 30(4), 448-462.
3. Haishun Du, Chao Liu, Yuedong Zhang, Guang Yu, Chuanling Si*, Bin Li*. Preparation and characterization of functional cellulose nanofibrils via formic acid hydrolysis pretreatment and the followed high-pressure homogenization. Industrial Crops and Products, 2016, 94, 736-745.
4. Haishun Du, Chao Liu, Xindong Mu, Wenbo Gong, Dong Lv, Yimei Hong, Chuanling Si*, Bin Li*. Preparation and characterization of thermally stable cellulose nanocrystals via a sustainable approach of FeCl3-catalyzed formic acid hydrolysis. Cellulose, 2016, 23(4), 2389-2407.
5. Chao Liu#, Bin Li#, Haishun Du, Wenbo Gong, Dong Lv, Xindong Mu*, Hui Peng*. Properties of nanocellulose isolated from corncob residue using sulfuric acid, formic acid, oxidative and mechanical methods. Carbohydrate Polymers, 2016, 151, 716-724.
6. Bin Li, Wenyang Xu, Dennis Kronlund, Anni M??tt?nen, Jun Liu, Jan-Henrik Sm?tt, Jouko Peltonen, Stefan Willf?r, Xindong Mu, Chunlin Xu. Cellulose nanocrystals prepared via formic acid hydrolysis followed by TEMPO-mediated oxidation. Carbohydrate Polymers, 2015, 133, 605-612.
7. Yefei Liu, Haisong Wang, Guang Yu, Qingxue Yu, Bin Li*, Xindong Mu*. A novel approach for the preparation of nanocrystalline cellulose by using phosphotungstic acid. Carbohydrate Polymers, 2014, 110, 415-422.
8. 一種制備納米纖維素的方法. 中國(guó)發(fā)明專利, 專利號(hào): 2013104830736.（授權(quán)日：2017-06-06）
9. 一種金屬鹽催化甲酸水解制備納米纖維素的方法. 中國(guó)發(fā)明專利. 專利號(hào): 201510680481.X.（授權(quán)日：2017-07-04）
