生物降解材料研究院報(bào)道，纖維素是天然生物材料，在自然界中儲(chǔ)量豐富，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可生物降解。但天然纖維素主鏈上有很多羥基基團(tuán)，分子間和分子內(nèi)形成了大量氫鍵，使纖維素很難溶解或者熔融。

納米纖維素是指纖維直徑在納米級(jí)的纖維素。納米纖維素來(lái)源于樹(shù)木、植物和廢棄木材等自然生物質(zhì)資源，可回收和生物降解。密度是鋼鐵的五分之一而強(qiáng)度卻是其五倍。熱膨脹系數(shù)低，可與玻璃纖維相媲美，而彈性模量高于玻璃纖維，堅(jiān)固耐用性能優(yōu)異。

此外，因?yàn)榧{米纖維素表面有很多羥基，可以進(jìn)行修飾改性，這大大拓展了納米纖維素在復(fù)合材料方面的應(yīng)用領(lǐng)域。

近年來(lái)，中科院理化所的黃勇教授和團(tuán)隊(duì)，在國(guó)內(nèi)首次提出了機(jī)械外力和環(huán)境極性協(xié)同作用下，晶面導(dǎo)向剝離纖維素的理論。一方面，通過(guò)機(jī)械剪切力實(shí)現(xiàn)纖維素材料的納米化；另一方面，通過(guò)添加化學(xué)助劑調(diào)節(jié)纖維素分子鏈之間相互作用，調(diào)控納米化纖維素的形貌（零維，一維和二維）和親疏水性，在纖維素應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了重要的前沿影響。

1、納米纖維素造紙

黃勇教授團(tuán)隊(duì)的這一研究率先應(yīng)用于造紙行業(yè)。

一般而言，紙張本身的強(qiáng)度低和疏水性差，導(dǎo)致很難在包裝領(lǐng)域被廣泛使用。他們研發(fā)的納米纖維素不但可以提高紙張強(qiáng)度，進(jìn)而降低紙張克重。同時(shí)，通過(guò)表面處理技術(shù)，使紙張具有良好的疏水性。這樣的紙張可以替代塑料薄膜作為包裝材料使用。若無(wú)疫情影響，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)在多家日本公司使用。

納米纖維素制作的紙張可以用來(lái)做紙袋，在制袋過(guò)程中無(wú)需塑料淋膜，解決了微塑料的環(huán)保問(wèn)題。不過(guò)黃勇也坦言這項(xiàng)技術(shù)存在的問(wèn)題，“目前納米纖維素紙袋無(wú)法熱壓成型，需要用粘合劑來(lái)粘，成本比傳統(tǒng)袋子略高。如果能有實(shí)力企業(yè)介入?yún)⑴c改進(jìn)，相信這個(gè)問(wèn)題會(huì)隨之解決。”

2017年江南大學(xué)郄冰玉申請(qǐng)了一種由納米纖維素增強(qiáng)的海藻酸鹽/淀粉基復(fù)合防油膜與紙基材粘合制備的生物質(zhì)覆膜防油紙及制備工藝的專(zhuān)利，這樣的覆膜防油紙表面平整，結(jié)合牢固，無(wú)起皺現(xiàn)象，不產(chǎn)生分層，可天然降解。

2、納米纖維素與PBAT、PLA復(fù)合

近年，黃勇團(tuán)隊(duì)的另外一項(xiàng)研究，是將納米纖維與可降解塑料PBAT復(fù)合，成功得到了能夠滿足應(yīng)用需求的的新材料，并大大降低可降解塑料的成本。2017年6月13日安徽省阜陽(yáng)市國(guó)泰彩印包裝有限公司公開(kāi)了一種納米纖維素增強(qiáng)的可降解型塑料薄膜復(fù)合材料，及其制備工藝的專(zhuān)利。2019年，來(lái)自日本的綠色科學(xué)聯(lián)盟有限公司用納米纖維素PLA（聚乳酸）復(fù)合材料注塑成型制作了餐具樣品。

傳統(tǒng)塑料也可以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，不僅可以減重而且降低成本。如納米纖維素與聚丙烯復(fù)合制成的汽車(chē)保險(xiǎn)杠，強(qiáng)度可達(dá)到和玻纖復(fù)合材料同樣的效果。早在18年，綠色科學(xué)聯(lián)盟有限公司就將納米纖維素與廢料的PP再生顆粒復(fù)合，得到了機(jī)械強(qiáng)度比混煉前的再生塑料更高的新材料。

3、纖維素納米纖維對(duì)水性涂料性能的改進(jìn)

傳統(tǒng)的溶劑型涂料在制造、施工和固化等過(guò)程中會(huì)散發(fā)大量揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）,不僅污染環(huán)境，而且威脅人體健康。水性涂料采用水作為溶劑或者分散介質(zhì)，與溶劑型涂料相比，具有清潔環(huán)保、不燃不爆、低碳健康等特點(diǎn)，被廣泛使用于木制家具、墻面、汽車(chē)、鐵路車(chē)輛等領(lǐng)域。

但作為一種新興材料，水性涂料也存在耐水性和耐溶劑性差、硬度低、光澤差以及干燥速度慢等缺點(diǎn)。纖維素納米纖維（CNF）具有較大的長(zhǎng)徑比和比表面積、大量表面活性反應(yīng)基團(tuán)以及良好的力學(xué)性能，可作為涂料改性的添加劑。

用機(jī)械球磨法制備的表面羧基改性的纖維素納米纖維，對(duì)涂料涂膜性能改進(jìn)后，得到涂膜的粘度、力學(xué)性能均有很大的提高。

4、納米纖維素對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的增強(qiáng)

環(huán)氧樹(shù)脂具有高透明性，高粘結(jié)強(qiáng)度，低收縮率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度和較好的加工性能等優(yōu)點(diǎn)，是聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用最廣泛的基體樹(shù)脂之一。但是這種材料的缺點(diǎn)表現(xiàn)在固化后交聯(lián)密度高，存在的內(nèi)應(yīng)力大,質(zhì)脆，一定程度上限制了環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用。

為此，需要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)增韌改性。用機(jī)械化學(xué)法制備的表面疏水性納米纖維素，利用這種纖維素制備了幾種不同含量的納米纖維素增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后的納米纖維素與環(huán)氧樹(shù)脂相容性較好，并能夠提高環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)證實(shí)了疏水改性的納米纖維素的加入，不會(huì)對(duì)材料的熱性能造成明顯影響。