均质法制备纳米纤维素：高性能绿色材料的关键制造技术

一、纳米纤维素：新一代可持续高性能材料

纳米纤维素（Nanocellulose，简称 NFC）是一类由天然纤维素经过降解与纳米化处理得到的高比表面积、高结晶度、高强度的新型绿色材料。其来源广泛、可降解性好、生物相容性强，广泛应用于电子材料、复合材料、化妆品、食品包装、生物医用材料、农业助剂等领域。
其中，**均质法（Homogenization）**因制备过程可控性好、纤维品质稳定，被视为工业化生产纳米纤维素的核心技术路线之一。

南京天禄纳米科技有限公司长期深耕纳米纤维素研发与应用，构建了成熟稳定的均质化制备体系，实现大规模、连续性、绿色低能耗生产。

二、均质法制备纳米纤维素的核心原理

均质法的本质是利用高压均质机在高速、高剪切、高撞击力的综合作用下，将天然纤维素的纤维束不断“剥离—细化—纳米化”。
整个过程主要依赖三个力学作用机制：

高剪切力（Shear Force）
在高压下浆料通过极窄缝隙，瞬间产生高达 10⁶ s⁻¹ 的剪切速率，使纤维逐步解离为细丝状单纤维。

空化效应（Cavitation）
高压与低压区的交替形成大量微气泡，气泡崩解产生强烈的微射流，有效撕裂纤维层。

高速碰撞（Impact）
浆料被喷射到撞击阀面上，使纤维进一步破碎与分散，提高纤维的纳米化程度。

通过多次循环均质，最终得到平均直径 10–50 nm、长度可达几微米的纳米纤维素悬浮体。

三、均质法制备流程（工业化版本）

以下工艺流程已在南京天禄纳米科技有限公司的生产线中成熟应用：

1. 原料预处理（纤维膨化与初步解离）

选择木浆、植物纤维或细菌纤维素

调整固含量（通常 1–3%）

通过机械搅拌、打浆、化学预处理（如 TEMPO 氧化、碱处理）提升纤维可剥离性

2. 高压均质（核心步骤）

将预处理浆料送入高压均质机

常用压力范围：600–1500 bar

循环次数：5–20 次（依据目标粒径）

控制温度 < 60℃，防止纤维过度降解

3. 纳米化分散稳定

通过超声分散或高速剪切进一步均匀化

调整 pH、加入食品级或材料级稳定剂（如微量 NaCl/CMC）

4. 成品检验与包装

粒径分析（TEM/AFM）

黏度、Zeta 电位、固含量检测

进行无菌过滤（用于医用/化妆品级）

最终获得高透明度、高分散性的纳米纤维素凝胶或液体悬浮体。

四、均质法制备纳米纤维素的优势

1. 纤维更细、更均匀

均质法可稳定获得直径 10–30 nm 的细化纤维，适合用于高端复合材料、透明薄膜。

2. 过程绿色环保

无需要大量强酸、强碱，废水负担小，贴合可持续发展需求。

3. 工业放大容易

高压均质设备成熟，可实现连续化生产，适合企业规模化供货。

4. 材料性能更优

悬浮稳定性好

力学性能提升显著

可与树脂、橡胶、胶黏剂、油墨等体系兼容性强

五、南京天禄纳米科技有限公司的技术优势

自建高压均质生产线，单线日产 200–500 kg 纳米纤维素悬浮体。

拥有 TEMPO 氧化 + 均质化联合工艺，可制备高纯度、高透明度 CNF。

提供多规格产品：固含 1–8%、纤维直径 10–50 nm 可定制。

应用开发团队可协助客户在涂料、膜材料、化妆品、复合材料等方向落地应用。

六、结语

均质法作为纳米纤维素工业化制备的关键技术，已在南京天禄纳米科技有限公司实现成熟、稳定、绿色的规模化应用。未来，公司将持续推动纳米纤维素在工业材料、环保包装、生命科学与高端制造等领域的落地，加速绿色材料产业的升级。