纳米纤维素作为造纸添加剂的进展及问题
阅读次数： 发布时间:2020-01-14 08:00:55
在过去的二十年中，纤维素纳米纤维（CNF）作为一种有前途的、可持续的增强材料，在材料科学领域具有突出的潜力。虽然CNF在造纸工业中的应用是最近才开始的，但它有望在不久的将来得到实现，从而为这类纤维素提供更广阔的商业市场。
使用CNFs作为造纸浆添加剂已被证明是改善纸张整体性能的有效替代方法。加入CNF后，纸张的强度和密度都得到了很大的提高，而孔隙率和不透明度却降低了，通过控制CNF的加入量和纤化程度可以调节这些变化。纸页中的CNF含量在1-10 wt%之间时，其机械性能的提高与传统的机械打浆作用类似。
阳离子聚合物作为助留剂的使用保证了CNF在纤维表面的固定，也有助于在高CNF含量下平衡预期的滤水性能恶化。向纸浆浆中添加CNF,通过比表面积的增加增加了纤维之间的氢键，从而提高了纤维的结合能力。
CNFs也可作为一种补偿含矿物填料纸张强度损失的方法。化学阔叶浆和针叶浆是CNFs增强剂的主要目标。以阳离子聚合物为助留剂，在无细小纤维或未经细纤维化的纸浆中可观察到最佳的助留效果。CNF增强TMP也得到了广泛的研究；与化学浆相比，CNF在这类纸浆中的加入并没有显著提高纸张的强度。可能是因为与化学浆相比，EMP中的细小纤维含量较高，这会以某种方式降低CNF在TMP中的作用。
在农业废弃物利用中CNF也可以作为一种替代办法，增加由这些废弃物制成的纸张的强度，这主要是针对无法获得大量森林资源的国家。对于脱墨纸浆，添加CNF可以减少或完全消除对已变质纤维进行机械精炼的需要。
CNF还可作为涂布剂应用于已成型的纸张上。采用涂棒法和施胶法涂布CNF时，纸张的孔隙率明显降低，强度也有所提高。CNF悬浮液还可用于喷雾或泡沫涂布。
完全由CNF制成的薄膜其机械、光学和阻隔性能超过了普通纸张。CNF薄膜的制备通常采用与实验室造纸类似的方法，也可通过铸造和蒸发等方法制得。这类薄膜具有很高的拉伸强度和刚度，并且具有很高的透明性，因此适合在光学和电子器件中应用。它们能够满足高阻隔性能的要求，适合用于包装、过滤等领域。
尽管CNF在造纸应用中显示出种种潜力，但一些关键问题仍有待澄清。例如，虽然中试规模的造纸报告表明，CNF增强纸浆的可运行性没有重大的并发症，但有必要在这一层面进行更多的研究，以充分了解将CNF并入工业规模造纸的影响。另一个主要的关注点是CNF的制造成本。尽管目前CNF的成本与首次报告的相比大大降低了，但仍需证明CNF在生产成本和产品性能方面具有竞争力。此外，还应考虑在造纸机上引进CNF生产和应用设备所需的投资。
