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纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystals, CNC)是什么?


 
       由于纤维素分子中氢键的存在,部分纤维素紧密地有序排列形成结晶结构,但不是所有的纤维素都会形成结晶结构。因此在一些天然纤维素结构中存在结晶态和无定性态。无定形态纤维素可以通过机械、酶降解或化学过程除去,从而得到纳米纤维素。根据尺寸、制备方法和来源不同,纳米纤维素通常可以分为三类:纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber, CNF, 纤维素纳米晶(cellulose nanocrystal, CNC)和细菌纳米纤维素(bacterialnanocellulose, BNC),如下表所示:
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1. 纳米纤维素的分类
 
      纳米纤维素并不是通过自下而上的方法合成的,而是从微晶纤维素结构中从上而下提取制备的。CNF的长径比一般比较大,直径一般在5-20 nm,长度可达微米级。CNF通常都是通过纸浆的机械处理方法得到的,因此CNF中还是含有较多无定性态区域,结晶度不是很高。而CNC通常是纸浆经过硫酸水解除去无定性态纤维素制备的纳米棒状结构,结晶度比较高,如图1所示。CNC的直径和CNF一样在5-20nm左右,而CNC的长度在50-300 nm之间。硫酸水解制备的CNC表面会含有硫酸集,因此CNC表面带负电。由于静电排斥作用,CNC可以很好的分散在水中。而BNC的纤维素来源是一些厌氧细菌。即使是同一类纳米纤维素,其尺寸,物理和化学性质也会由于纤维素来源和制备过程的条件不同而稍有差异。


图1:纤维素中的结晶区域和无定性区域,以及硫酸水解制备的CNC

     由于CNC独特的性质,CNC具有广泛的应用前景。下次会介绍CNC的各种性质和应用领域。

 

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