PFI磨漿對干濕竹漿制備陽離子納纖化纖維素物化特性的影響

童聰聰,陳寧,茹靜,單鵬嘉,劉宏治,杜春貴

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江省竹資源與高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心，杭州311300)

納纖化纖維素(NFC)是一類直徑為納米尺寸的微纖絲無規(guī)則纏結(jié)成網(wǎng)狀形態(tài)的納米纖維素[1]。因其優(yōu)異的力學(xué)性能、氧氣阻隔性以及表面易化學(xué)修飾性，被廣泛應(yīng)用于吸附材料[2]、儲(chǔ)能材料[3]、包裝材料[4]和聚合物增強(qiáng)[5]等領(lǐng)域。通常，NFC是纖維素漿料經(jīng)過高強(qiáng)度、反復(fù)機(jī)械拆解分離得到的[6]。由于微纖之間強(qiáng)烈的氫鍵作用，單純的機(jī)械分離所制得NFC的微纖直徑較粗且能耗較高[7]。為了降低能耗且更易于從植物纖維細(xì)胞壁中拆解出更細(xì)的纖維素微纖單元，纖維素漿料往往需要經(jīng)過前期的生物酶或化學(xué)預(yù)處理，以削弱微纖之間的氫鍵結(jié)合力?；瘜W(xué)預(yù)處理是目前較為常用的方法，主要包括2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化[8]、羧甲基化[9]、高碘酸鹽-亞氯酸鹽連續(xù)氧化[10]及季銨鹽化[11]。其中，TEMPO氧化法是研究最廣且有效的化學(xué)預(yù)處理方法。然而，常用TEMPO/NaBr/NaClO氧化體系所制備的NFC(即TO-NFC)存在聚合度偏低[12]、熱穩(wěn)定性差[13]，且干燥后在水中無法重新分散等缺點(diǎn)。

季銨鹽化是另一種高效制備NFC的化學(xué)預(yù)處理方法。已有研究表明，植物纖維經(jīng)合適的季銨鹽試劑預(yù)處理后，可機(jī)械分離出單根微纖直徑在2～3 nm的NFC分散液[11]，但不同于TEMPO氧化，季銨鹽化是在纖維素表面引入帶正電荷基團(tuán)。此外，表面大量的季銨鹽基團(tuán)還可賦予陽離子納纖化纖維素(Q-NFC)吸附陰離子染料[11]、無機(jī)礦物絮凝[14]和抗菌[15]等特殊功能。干紙漿相較于濕紙漿更易商業(yè)化獲取且成本更低，更適合作為工業(yè)化制備NFC的纖維素原料。未經(jīng)干燥的濕紙漿在干燥過程中易發(fā)生角質(zhì)化現(xiàn)象，最終會(huì)影響所制備NFC的物化特性[16]。在造紙工業(yè)中，PFI磨漿處理是一種常用抑制紙漿角質(zhì)化的措施，其通過對紙漿纖維的揉搓作用，恢復(fù)干漿纖維的潤脹能力[16-17]。雖然個(gè)別學(xué)者對比了干、濕紙漿所制備的TO-NFC表面電荷量和微觀結(jié)構(gòu)等差異[18]，但是目前尚未見PFI磨漿預(yù)處理對所制備Q-NFC的物化特性和微觀結(jié)構(gòu)影響的報(bào)道。

筆者以商業(yè)化漂白硫酸鹽干、濕竹漿為纖維素原料，依次經(jīng)季銨鹽化預(yù)處理和高壓均質(zhì)分離，分別制備了2種Q-NFC，詳細(xì)對比了它們的固體收率、表面化學(xué)特性、聚合度(DP)、納纖化程度及微觀結(jié)構(gòu)的差異，并探究了PFI磨漿預(yù)處理對所制備Q-NFC物化特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果不但有助于優(yōu)化Q-NFC制備工藝條件，而且深入探究紙漿纖維表面微觀結(jié)構(gòu)對季銨鹽化預(yù)處理效果的影響規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

干竹漿板(標(biāo)記為‘DB’)和濕竹漿(標(biāo)記為‘NB’)，由四川永豐造紙廠提供；2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(EPTAC，96%)，購自濟(jì)南歐都商貿(mào)有限公司；濃鹽酸、氫氧化鈉、濃硫酸，分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硝酸銀(99.8%)，分析純，購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；銅乙二胺 (銅的濃度為1 mol/L)，購自中國制漿造紙研究院。

ME204E型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；RH數(shù)顯型加熱磁力攪拌器，德國IKA公司；SHZ-D167型循環(huán)水式多用真空泵，杭州明遠(yuǎn)儀器有限公司；76-1A型數(shù)顯玻璃恒溫水浴鍋，金壇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；IMT-MJ01型PFI磨漿機(jī)和IMT-DJD01打漿度測定儀 (測試范圍0～100°SR)，東莞市英特耐森精密有限公司；UV-1800型紫外-可見光分光光度儀，日本島津公司；JEM-1230型透射電子顯微鏡(TEM)，日本電子株式會(huì)社；XRD-6000型X射線衍射儀，日本島津公司；Nikon LV100ND型光學(xué)顯微鏡，日本尼康公司；ARES-G2型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA instrument公司；AH-BASIC型高壓均質(zhì)機(jī)，加拿大ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；Zeta PALS-31484zeta型電位測試儀，美國Brook Haven公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 PFI 磨漿

分別稱取質(zhì)量為20 g的干、濕竹漿，然后分別配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的水分散液，在8 000 r/min下分別用PFI磨漿機(jī)打磨至打漿度為85 °SR。經(jīng)PFI磨漿處理后的干、濕竹漿分別標(biāo)記為‘PFI-DB’和‘PFI-NB’。

1.2.2 季銨鹽化納纖化纖維素 (Q-NFC) 制備

將2 g NaOH和2 g紙漿依次加入到盛有200 mL去離子水的三口圓底燒瓶中，待NaOH固體完全溶解后，快速加入29 g EPTAC固體，攪拌均勻后置于65 ℃水浴中攪拌反應(yīng)8 h。反應(yīng)完畢后，用0.1 mol/L的稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至中性，用去離子水充分洗滌預(yù)處理紙漿直至硝酸銀溶液檢測濾液中無Cl-離子存在；將洗凈后的紙漿纖維用去離子水稀釋成固含量為0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的漿料，然后用高壓均質(zhì)機(jī)在50 MPa的壓力下循環(huán)均質(zhì)3次即得到均一、透明的Q-NFC水分散液。將未經(jīng)處理的干、濕竹漿所制得Q-NFC分別標(biāo)記為‘DB-Q-NFC’和‘NB-Q-NFC’，而經(jīng)PFI磨漿處理后的干、濕竹漿為原料所制得Q-NFC分別標(biāo)記為‘PFI-DB-Q-NFC’和‘PFI-NB-Q-NFC’。

1.3 表征與分析檢測

1.3.1 保水值(WRV)

首先稱取質(zhì)量為1 g的竹漿，置于50 mL的去離子水(已包含濕漿所含水分)中攪拌均勻后，在室溫下靜置過夜，然后將樣品置于離心管中，在6 000 r/min下離心30 min后移去上層清液，準(zhǔn)確稱量管底漿料的質(zhì)量，最后把管底漿料置于105 ℃的烘箱中，烘至絕干并稱質(zhì)量，重復(fù)測試2次取平均值。根據(jù)公式(1)計(jì)算其保水值：

(1)

式中：Wa為離心后漿料的質(zhì)量，g;Wb為離心漿料烘至絕干的質(zhì)量，g。

1.3.2 聚合度(DP)

將20 mg完全干燥竹漿或固體Q-NFC的樣品溶解于1 mol/L的銅乙二胺溶液中，然后在25 ℃恒溫水浴槽中用奧氏黏度計(jì)分別測量純銅乙二胺溶液和待測樣品的銅乙二胺溶液的流出時(shí)間，各平行測定5次，取其平均值。通過公式(2)和(3)計(jì)算樣品的平均聚合度 (DP，式中記為DP)，具體公式如下所示：

(2)

(3)

式(2)中：t1是纖維素樣品的銅乙二胺溶液流過兩標(biāo)準(zhǔn)刻度線的時(shí)間，min；t是純銅乙二胺溶液流過兩刻度線的時(shí)間，min。式(3)中：ηSP是纖維素銅胺溶液的增比黏度；K0是常數(shù)，K0=5×10-4；C為測定纖維素樣品聚合度所用的銅乙二胺溶液濃度，mol/L。

1.3.3 固體收率

取少量Q-NFC水分散液在105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定，測定其固含量M(%)。重復(fù)測試3次取平均值。采用公式(4)計(jì)算Q-NFC的固體收率：

(4)

式中：M為測定的固含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%；m1為制備Q-NFC所用紙漿原料的質(zhì)量，g；m2為Q-NFC分散液的質(zhì)量，g。

1.3.4 納纖化產(chǎn)率

稱取30 g固含量為0.2%的Q-NFC水分散液置于離心管中，在4 500 r/min下離心20 min后，移去上層清液，將管底的沉淀物置于90 ℃下烘至質(zhì)量恒定[6]。重復(fù)測試3次計(jì)算取平均值。納纖化產(chǎn)率的計(jì)算公式如式(5)所示:

(5)

式中：W1為Q-NFC水分散液的干質(zhì)量，g;W2代表離心后管底沉淀物烘干后的質(zhì)量，g。

1.3.5 表面電荷量

采用電導(dǎo)滴定法測定Q-NFC表面的三甲基氯化銨基團(tuán)的含量[11]。取Q-NFC分散液在65 ℃烘箱中烘干成膜后研磨成粉，然后精確稱取100 mg粉末分散于100 mL去離子水中，用已知濃度的硝酸銀溶液進(jìn)行滴定 (滴定速度200 μL/min)，直至電導(dǎo)率曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)呈上升趨勢為止。Q-NFC樣品表面電荷量計(jì)算公式如式(6)所示：

(6)

式中：V為滴定所消耗的AgNO3溶液總體積，mL;CAgNO3為滴定所消耗AgNO3溶液的濃度， mmol/mL;m為干燥Q-NFC粉末的質(zhì)量，g。

1.3.6 Zeta電位

采用Zeta PALS中的Zeta電位模式測定Q-NFC 水分散液的Zeta電位。測定條件為25 ℃，每個(gè)樣品測試10次后，計(jì)算其平均值。

1.3.7 表觀黏度

將固含量為0.4%的Q-NFC水分散液靜置12 h后，在25 ℃的條件下采用帶錐板(直徑40 mm，錐角2°)的旋轉(zhuǎn)流變儀測量其表觀黏度。

1.3.8 透光率

采用紫外可見分光光度計(jì)測定Q-NFC水分散液樣品在波長范圍為200～800 nm的透光率，所用樣品的固含量固定為0.3%。

1.3.9 X射線衍射 (XRD)

將紙漿和其相應(yīng)的Q-NFC樣品薄膜放入XRD射線掃描儀中，以Cu Kα射線(λ=1.540 6 ?)為靶材進(jìn)行X射線掃描，電壓為40 kV，電流為30 mA，掃描范圍為2θ=5°～35°，掃描速度為2(°)/min。掃描后所得XRD譜圖，根據(jù)Turley法計(jì)算樣品的結(jié)晶指數(shù)(CrI)[19]，計(jì)算公式如式(7)：

(7)

式中：I200為200晶面 (2θ=22.7°) 的衍射強(qiáng)度；Iam為2θ=18.6°非結(jié)晶區(qū)背景的衍射強(qiáng)度。

1.3.10 光學(xué)顯微鏡 (LM)

取少許PFI磨漿預(yù)處理前后的竹漿分散液(固含量為0.2%)滴于載玻片上，蓋上蓋玻片，然后置于偏光顯微鏡上觀察紙漿纖維形態(tài)。

1.3.11 透射電子顯微鏡(TEM)

移取固含量為0.01%的Q-NFC分散液滴至覆有碳膜的銅網(wǎng)上，用濾紙移除過量液體后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%醋酸雙氧鈾進(jìn)行負(fù)染色，待染色銅網(wǎng)晾干后，用TEM在加速電壓為80 kV條件下進(jìn)行觀察、拍照。按照文獻(xiàn)[20]報(bào)道的方法，對TEM照片中Q-NFC微纖直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測量。具體方法如下：在TEM圖片內(nèi)的任意部位畫一條直線X，使20根以上的纖維與該直線相交，隨后畫出與直線X垂直相交的直線Y，同樣使20根以上的纖維與直線Y相交；每個(gè)Q-NFC樣品，至少分析3張未重疊的TEM圖片，采用Nano Measurer圖像軟件測量TEM圖片中與直線X和Y相交的所有微纖直徑，并計(jì)算平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 紙漿角質(zhì)化對纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響

保水值是表示紙漿對水的親和力，即纖維的潤脹能力，是一種簡單有效表征紙漿角質(zhì)化程度的方法[17]。不同物理狀態(tài)竹漿纖維的保水值如圖1所示，干竹漿的保水值(117%)，明顯低于濕竹漿(196%)，這是由于前者角質(zhì)化導(dǎo)致纖維細(xì)胞壁內(nèi)的孔隙閉合，潤脹能力下降，且重新潤濕后纖維的潤脹能力不能回復(fù)到干燥之前的狀態(tài)所致[17]。通過對比干竹漿(圖2a)與濕竹漿(圖2b)的纖維直徑可以發(fā)現(xiàn)，干竹漿的纖維直徑(13.3 μm)要比濕竹漿(16.7 μm)小，由此也證實(shí)了干竹漿較濕竹漿具有較弱的潤脹能力。但經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理后，干、濕竹漿的保水值均明顯上升，分別達(dá)到了334%和378%。這是因?yàn)楦芍駶{纖維經(jīng)PFI的揉搓、摩擦及剪切作用，其細(xì)胞壁的孔隙體積得以恢復(fù)，從而提高其潤脹能力，而且預(yù)處理后的纖維表面大量分絲帚化(如圖2c和圖2d箭頭所示)，進(jìn)一步增加了與水結(jié)合的表面積。但相比較而言，PFI-NB的保水值較PFI-DB略低。

圖1 不同物理狀態(tài)竹漿纖維的保水值Fig. 1 WRV values of bamboo kraft pulp fibers under different states

2.2 Q-NFC的物化特性

為了研究紙漿的角質(zhì)化對所制得Q-NFC水分散液物化特性的影響，分別選用了未經(jīng)和經(jīng)過PFI磨漿預(yù)處理的干、濕竹漿為原料，采用季銨鹽化預(yù)處理和高壓均質(zhì)相結(jié)合的方法，分別制得了4種竹Q-NFC水分散液。這4種竹Q-NFC樣品的固體收率、Zeta電位、電荷量、聚合度及納纖化產(chǎn)率數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，DB-Q-NFC的固體收率低于其他3種竹Q-NFC樣品，這可能由于干竹漿的角質(zhì)化導(dǎo)致了纖維季銨鹽化預(yù)處理反應(yīng)的可及性和均勻性降低，造成漿料中仍存在少量因強(qiáng)氫鍵作用而緊密纏結(jié)的粗纖維，結(jié)果在隨后高壓均質(zhì)過程中因堵塞而引起少量物料流失。然而，當(dāng)干竹漿經(jīng)PFI處理后，高壓均質(zhì)過程變得順暢，所制得Q-NFC固體收率從72%提升至85%，這是因?yàn)榻?jīng)PFI磨漿處理能增加纖維的潤脹能力，并引起纖維表面大量分絲帚化，纖維的反應(yīng)可及性和活性明顯改善，因此易于機(jī)械拆解出更多納米級纖維。但是由表1可見，PFI磨漿預(yù)處理對濕竹漿所制得的Q-NFC固體收率影響不大。

a. 干竹漿； b. 濕竹漿； c. 經(jīng)PFI預(yù)處理的干竹漿；d. 經(jīng)PFI預(yù)處理的濕竹漿。圖2 不同物理狀態(tài)的竹漿纖維的光學(xué)顯微鏡圖像Fig. 2 LM images of bamboo kraft pulp fibers under different physical states

表1 不同物理狀態(tài)竹漿的聚合度及其所制得Q-NFC的物化特性Table 1 Physicochemical characteristics of Q-NFCs derived from bamboo pulps under different physical states and their DP

Zeta電位是判斷膠體分散粒子表面電荷性質(zhì)和分散體系穩(wěn)定性的重要參數(shù)，分散體系的Zeta電位絕對值大于30 mV時(shí)，分散穩(wěn)定性較好，且Zeta電位絕對值越大，體系穩(wěn)定性越好[21]。由表1結(jié)果可見，4種Q-NFC分散液的Zeta電位均高于+40 mV，證實(shí)Q-NFC表面成功引入正電荷。其中，PFI-NB-Q-NFC樣品的電位最高，故分散液穩(wěn)定性最佳。此外，DB-Q-NFC的表面電荷量(0.71 mmol/g)明顯低于NB-Q-NFC(0.84 mmol/g)。然而，當(dāng)干、濕竹漿分別經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理后，兩者所制得的Q-NFC樣品的表面電荷量均得到明顯提升。其中，PFI-DB-Q-NFC樣品的表面電荷量達(dá)到了與NB-Q-NFC樣品相同的水平，這表明PFI磨漿預(yù)處理能夠消除角質(zhì)化給紙漿季銨鹽化預(yù)處理帶來的負(fù)面影響。在這4種源于不同狀態(tài)竹漿的Q-NFC樣品中，PFI-NB-Q-NFC的表面電荷量最高，達(dá)到了0.95 mmol/g。這可能因?yàn)闈裰駶{經(jīng)過PFI預(yù)處理后，纖維表面發(fā)生了高度分絲帚化，提高了紙漿纖維在季銨鹽化預(yù)處理中的接觸面積和反應(yīng)活性。

聚合度(DP)是反映纖維素的鏈破壞和降解程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)[12]。由表1可知，與未經(jīng)預(yù)處理的干、濕竹漿相比，經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理后的干、濕竹漿聚合度分別由1 243和1 213降至1 014和1 008，這表明竹漿纖維在 PFI 的機(jī)械揉搓作用下發(fā)生少量降解[18]。4種竹Q-NFC樣品較各自對應(yīng)竹漿原料的聚合度均有明顯降低。這可能是由于季銨鹽預(yù)處理過程中的強(qiáng)堿環(huán)境(pH>14)造成紙漿纖維降解所致。相比于未經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理的竹漿所制得Q-NFC樣品，PFI磨漿預(yù)處理竹漿所制得的Q-NFC樣品聚合度相對較低，但仍要高于先前報(bào)道的TEMPO/NaClO/NaBr氧化體系制備TO-NFC的聚合度(DP<250)[22]。

納纖化程度是衡量NFC納米化分散好壞的重要參數(shù)，而透光度是定性表征NFC分散液納纖化程度的一種簡單且有效的方法[23]。這4種Q-NFC水分散液透光度結(jié)果如圖3所示，與DB-Q-NFC水分散液相比，NB-Q-NFC分散液在可見光區(qū)(400～600 nm)具有更高的透光度，這表明后者的納纖化程度較高，這可能由于后者具有更高的表面電荷含量。當(dāng)干、濕竹漿分別經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理后，所制得QNFC分散液樣品的透光度顯著提高。其中，PFI-DB-Q-NFC分散液的透光度幾乎與NB-Q-NFC分散液相近，而電荷量最高的PFI-NB-Q-NFC樣品具有最高的分散液透光度。納纖化產(chǎn)率是一種定量表征納纖化程度的簡便方法[6]，其原理是NFC水分散液在高速離心過程中，未納纖化或者部分納纖化的纖維會(huì)被分離并且沉積下來。若上清液收率越高，則表示NFC的納纖化程度越高[20]。從表1的納纖化產(chǎn)率結(jié)果可知，4種竹Q-NFC的納纖化產(chǎn)率的大小順序?yàn)镈B-Q-NFC

圖3 不同物理狀態(tài)竹漿所制得Q-NFC水分散液的透光度曲線Fig. 3 Optical transmittance spectra of aqueous Q-NFC dispersions derived from bamboo pulps under different physical states

4種Q-NFC水分散液表觀黏度隨剪切速率的變化曲線如圖4所示，4種Q-NFC分散液均表現(xiàn)出了經(jīng)典的剪切變稀行為。其中，DB-Q-NFC分散液樣品的表觀黏度最高，PFI-NB-Q-NFC分散液的表觀黏度最低，而PFI-DB-Q-NFC與NB-Q-NFC的分散液表觀黏度相近。這可能與這4種Q-NFC樣品的表面電荷量大小有關(guān)，因?yàn)镻FI-NB-Q-NFC表面電荷含量最高，故微纖之間的靜電排斥力更強(qiáng)，所以其分散液表觀黏度最低，而具有最低表面電荷量的DB-Q-NFC分散液的表觀黏度最高。當(dāng)干、濕竹漿分別經(jīng)PFI磨漿預(yù)處理后，纖維分子鏈發(fā)生斷裂(即DP減小)，造成纖維的纏結(jié)減少，因此它們所制備的PFI-DB-Q-NFC和PFI-NB-Q-NFC樣品的分散液黏度均分別低于相應(yīng)的未經(jīng)處理竹漿所制備的Q-NFC樣品。

圖4 不同物理狀態(tài)竹漿所制得Q-NFC水分散液的表觀黏度與剪切速率的關(guān)系Fig. 4 Plots of apparent viscosity versus shear rate of Q-NFC dispersions derived from bamboo pulps under different physical states

2.3 Q-NFC微觀結(jié)構(gòu)

采用透射電鏡對4種不同物理狀態(tài)竹漿所制得Q-NFC的微觀形貌進(jìn)行了觀察，TEM圖像如圖5所示。4種Q-NFC均呈現(xiàn)了大量微纖無規(guī)則纏繞的網(wǎng)狀形態(tài)。從圖5的微纖平均直徑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，DB-Q-NFC的微纖平均直徑(7.6 nm)要比NB-Q-NFC的微纖直徑(6.4 nm)略粗；當(dāng)干、濕竹漿分別經(jīng)過PFI磨漿預(yù)處理后，所制得的Q-NFC微纖平均直徑分別減小為5.8 nm(PFI-DB-Q-NFC)和5.5 nm(PFI-NB-Q-NFC)。這可能是因?yàn)槟{預(yù)處理過程增加了預(yù)處理過程中纖維與季銨鹽化試劑的接觸面積，提高了Q-NFC表面接枝季銨鹽基團(tuán)的數(shù)量，使纖維之間的靜電排斥力增加，從而在高壓均質(zhì)過程中更易機(jī)械拆解出更細(xì)的微纖。

a. DB-Q-NFC; b. NB-Q-NFC；c. PFI-DB-Q-NFC；d. PFI-NB-Q-NFC。圖5 不同物理狀態(tài)竹漿所制得Q-NFC的TEM照片及其微纖直徑分布柱狀圖 Fig. 5 TEM images and microfibril diameter distribution histograms of Q-NFCs derived from bamboo pulps under different physical states

圖6 PFI預(yù)處理前后的竹漿以及不同物理狀態(tài)竹漿所制得Q-NFC 的X射線衍射圖Fig. 6 XRD spectra of bamboo pulps pretreated before/after PFI pretreatment and Q-NFCs derived from bamboo pulps under different physical states

3 結(jié) 論

筆者以PFI磨漿預(yù)處理前后的漂白硫酸鹽干、濕竹漿為纖維素原料，采用季銨鹽化預(yù)處理和高壓均質(zhì)相結(jié)合的方法制備了一系列竹Q-NFC水分散液，對比分析了紙漿纖維角質(zhì)化和PFI磨漿預(yù)處理對Q-NFC固體收率、Zeta電位、表面電荷量、納纖化程度、聚合度、表觀黏度及其微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。主要結(jié)論如下：

1)竹漿的干濕狀態(tài)和PFI磨漿預(yù)處理與否對所制得Q-NFC分散液的物化特性和微觀結(jié)構(gòu)有明顯的影響。由WRV和偏光顯微鏡結(jié)果可知，干竹漿的纖維潤脹能力低于濕竹漿，進(jìn)而造成前者所制得Q-NFC樣品的固體收率、Zeta電位、表面電荷量及納纖化程度均低于后者所制得的Q-NFC樣品，但是前者的分散液表觀黏度較高且平均微纖直徑較粗。

2)相比于未經(jīng)預(yù)處理干、濕竹漿所制備的Q-NFC樣品，PFI磨漿預(yù)處理后竹漿所制備的Q-NFC樣品均表現(xiàn)出更高的Zeta電位、表面電荷量、納纖化程度及更細(xì)的微纖平均直徑。這表明PFI磨漿預(yù)處理能消除紙漿角質(zhì)化給季銨鹽化預(yù)處理帶來的負(fù)面影響；紙漿的角質(zhì)化和PFI磨漿預(yù)處理對所制得Q-NFC的結(jié)晶指數(shù)均無顯著的影響；與DB-Q-NFC和NB-Q-NFC相比，PFI-DB-Q-NFC和PFI-NB-Q-NFC的聚合度有所降低。