纤维素纳米晶的物理修饰及其在PLLA基体中的分散
文献综述
纤维素纳米晶
纳米科学技术是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技。其中，纤维素纳米晶（Cellulose Nanocrystals，CNC）因其独特的性能，受到国内外学者们的青睐。利用化学、物理等手段将纤维素中的非结晶区破除而留下结晶区可以制备出CNC，长度为200-300nm，宽度为20-30nm[1]（图1-1）。CNC作为一种新兴的功能高分子材料，具有机械性能优异、比表面积大、结晶度高、生物相容性好等性质[2-4]。另外，CNC表面暴露出大量羟基、还原性末端基等活性基团，改性潜力巨大，通过表面改性等手段提高 CNC在不同基材中的分散性后，可以大幅拓宽CNC的应用范围。近年来，CNC甚至可以被运用于水泥基材料中，促进水泥水化，明显改善水泥基材料的抗折强度、耐久性等[5]。CNC所具有的高结晶度、可生物降解性等突出性能使其应用潜力巨大，但是小尺寸、大比表面积以及丰富的表面羟基（图1-2）会导致CNC 颗粒之间很容易通过氢键作用发生团聚[6]，这种团聚很难利用物理方法重新打开，而表面改性是避免CNC团聚的有效手段。因此，如何将CNC均匀地分散在聚合物基质中是目前制备聚合物基CNC纳米复合材料亟待解决的问题。
图1-1 CNC的透射电镜图，(a)0.2mu;m, (b)0.5mu;m
(a)
(b)
图1-2 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
目前研究领域的CNC表面处理方法可分为物理修饰和化学修饰两大类。物理修饰方法有：冷等离子体(cold-plasma)刻蚀，激光（laser）沉淀，单纯的涂层处理或引入表面活性剂等。与化学方法相比较，物理修饰对CNC本身的性质影响较少，且较为容易实现[7]。这些物理改性方法上要是在聚多糖纳米晶表面引入一层物质，从而提供（极）疏水性或既疏水又疏油的表面，最终实现CNC在聚合物基体中的良好溶解及分散。化学方法则是基于聚多糖纳米晶表面的活性羟基或氧化后的羧酸与异氰酸酯、羧酸酸酐、硅氧烷偶联剂及酰氯等基团发生反应的原理进行的。
聚乳酸基生物可降解材料
PLA（Polylactic acid，聚乳酸）（图1-3）是一种具有生物相容性和可生物降解的生物高分子，属于聚酯类高分子材料。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。在医用材料、组织工程和食品包装等领域具有广泛应用[8]。但PLA在实际加工过程中还存在力学性能不好、热稳定性较差、从熔体降温时结晶速率较慢等问题[9]。因此，通过何种方法对聚乳酸进行不同方向的改性，以提高其结晶性能、力学强度及热稳定性等，也成为了学者们探索的目标。
