羧基化纳米纤维素（Carboxylated Nanocellulose）是近年来纳米材料研究和产业化应用的热点之一。它以天然纤维素为原料，通过化学改性（如TEMPO氧化、羧甲基化处理等）在纳米纤维素表面引入羧基（–COOH）官能团，从而显著提升了材料的分散性、反应活性及与其他高分子材料的复配性能。

一、羧基化纳米纤维素的制备原理

传统的纳米纤维素由于表面羟基数量有限，界面相容性存在一定不足。而羧基化改性通过在纤维素分子链表面引入羧基，使其具有更强的亲水性与化学活性：

TEMPO选择性氧化法：以TEMPO/NaBr/NaClO体系为催化体系，将纤维素的C6位羟基氧化为羧基。

羧甲基化法：通过醚化反应在纤维素分子表面引入羧甲基，提高溶胀性和分散性。

二、材料特性

羧基化纳米纤维素在结构与性能方面具有以下优势：

粒径：直径一般为 5–50 nm，长度可达数微米；

表面特性：带有大量羧基，Zeta电位较高，分散稳定性强；

力学性能：增强作用明显，可显著提高复合材料的拉伸强度和韧性；

化学反应性：羧基可与胺基、羟基、金属离子等发生交联或络合反应。

三、应用领域

随着绿色材料和可持续发展理念的推广，羧基化纳米纤维素的应用不断拓展：

食品包装：作为可降解阻隔膜基材，提高氧气阻隔性能，替代传统塑料包装。

医药与生物材料：用于药物缓释载体、组织工程支架、伤口敷料，具备良好的生物相容性。

功能复合材料：与高分子、无机颗粒复合，制备导电膜、传感器及功能涂层。

水处理：表面羧基可与重金属离子结合，适用于吸附剂和净化材料。

四、行业前景

根据市场研究数据，全球纳米纤维素市场规模正以 20%以上的年复合增长率发展。尤其是羧基化纳米纤维素，因其更好的分散性和改性潜力，被认为是下一代高性能绿色材料的重要方向。未来在医药健康、可降解包装、新能源储能等领域有望实现更大规模的产业化应用。