納米纖維素作為造紙添加劑的進(jìn)展及問(wèn)題
閱讀次數： 發(fā)布時(shí)間:2020-01-14 08:00:55
在過(guò)去的二十年中，纖維素納米纖維（CNF）作為一種有前途的、可持續的增強材料，在材料科學(xué)領(lǐng)域具有突出的潛力。雖然CNF在造紙工業(yè)中的應用是最近才開(kāi)始的，但它有望在不久的將來(lái)得到實(shí)現，從而為這類(lèi)纖維素提供更廣闊的商業(yè)市場(chǎng)。
使用CNFs作為造紙漿添加劑已被證明是改善紙張整體性能的有效替代方法。加入CNF后，紙張的強度和密度都得到了很大的提高，而孔隙率和不透明度卻降低了，通過(guò)控制CNF的加入量和纖化程度可以調節這些變化。紙頁(yè)中的CNF含量在1-10 wt%之間時(shí)，其機械性能的提高與傳統的機械打漿作用類(lèi)似。
陽(yáng)離子聚合物作為助留劑的使用保證了CNF在纖維表面的固定，也有助于在高CNF含量下平衡預期的濾水性能惡化。向紙漿漿中添加CNF,通過(guò)比表面積的增加增加了纖維之間的氫鍵，從而提高了纖維的結合能力。
CNFs也可作為一種補償含礦物填料紙張強度損失的方法?；瘜W(xué)闊葉漿和針葉漿是CNFs增強劑的主要目標。以陽(yáng)離子聚合物為助留劑，在無(wú)細小纖維或未經(jīng)細纖維化的紙漿中可觀(guān)察到最佳的助留效果。CNF增強TMP也得到了廣泛的研究；與化學(xué)漿相比，CNF在這類(lèi)紙漿中的加入并沒(méi)有顯著(zhù)提高紙張的強度?？赡苁且驗榕c化學(xué)漿相比，EMP中的細小纖維含量較高，這會(huì )以某種方式降低CNF在TMP中的作用。
在農業(yè)廢棄物利用中CNF也可以作為一種替代辦法，增加由這些廢棄物制成的紙張的強度，這主要是針對無(wú)法獲得大量森林資源的國家。對于脫墨紙漿，添加CNF可以減少或完全消除對已變質(zhì)纖維進(jìn)行機械精煉的需要。
CNF還可作為涂布劑應用于已成型的紙張上。采用涂棒法和施膠法涂布CNF時(shí)，紙張的孔隙率明顯降低，強度也有所提高。CNF懸浮液還可用于噴霧或泡沫涂布。
完全由CNF制成的薄膜其機械、光學(xué)和阻隔性能超過(guò)了普通紙張。CNF薄膜的制備通常采用與實(shí)驗室造紙類(lèi)似的方法，也可通過(guò)鑄造和蒸發(fā)等方法制得。這類(lèi)薄膜具有很高的拉伸強度和剛度，并且具有很高的透明性，因此適合在光學(xué)和電子器件中應用。它們能夠滿(mǎn)足高阻隔性能的要求，適合用于包裝、過(guò)濾等領(lǐng)域。
盡管CNF在造紙應用中顯示出種種潛力，但一些關(guān)鍵問(wèn)題仍有待澄清。例如，雖然中試規模的造紙報告表明，CNF增強紙漿的可運行性沒(méi)有重大的并發(fā)癥，但有必要在這一層面進(jìn)行更多的研究，以充分了解將CNF并入工業(yè)規模造紙的影響。另一個(gè)主要的關(guān)注點(diǎn)是CNF的制造成本。盡管目前CNF的成本與首次報告的相比大大降低了，但仍需證明CNF在生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能方面具有競爭力。此外，還應考慮在造紙機上引進(jìn)CNF生產(chǎn)和應用設備所需的投資。
