离子强度对硫酸水解法制备纤维素纳米晶体悬浮液黏度的影响

研究了添加质量分数为3%～9%的电解质对纤维素纳米晶体（CNC）悬浮液黏度的影响。在提高水解温度的情况下用硫酸从木浆中提取3种不同等级的纤维素纳米晶体，当添加少量电解质时，由于包围颗粒的双电层压缩引起电黏性效应减少，CNC悬浮液的黏度明显降低；随着离子强度进一步增加，悬浮液黏度达到最小值，然后随着凝胶的形成而再次增加。该研究提供了一种可用于控制CNC悬浮液的流动性能的简单易行的在线技术，有助于扩大CNC悬浮液的应用范围。

在通过硫酸水解法制备纤维素纳米晶体的过程中，为了便于纯化，纤维素纳米晶体（CNCs）通常作为低浓度（质量分数<10%）的悬浮液进行处理。纯化后，尽可能提高CNC浓度能够减少干燥所需的能耗。因此某些应用也可能需要较高浓度的液态CNC来降低干燥或运输成本。然而，CNC悬浮液的黏度会随着浓度的增加而显著增加，骤增通常发生在质量分数5%～10%之间。这可能会导致净化以及浓缩过程中的中空纤维膜结垢等问题。

几项关于剪切下CNC悬浮液的研究表明，超过临界浓度时，CNC悬浮液是剪切稀化（非牛顿）流体，其黏度随着剪切速率的增加而降低。在材料中通常需要剪切稀化性能，因为它们可以在静息时保持悬浮液的稳定性或抗滴性，而且在施加剪切应力时也易于铺展、倾倒或泵送。零剪切黏度是在剪切速率为零时的材料黏度（即静息时的黏度），其通常是研究稳定性的条件。除重力外，材料没有受到明显的形变力。

CNC具有能够与表面纤维素链共价结合的阴离子硫酸盐半酯基团（—OSO3—）的静电荷。随着接近颗粒表面的阳离子抗衡离子的增加，净负表面电荷使得CNCs在水性悬浮液中保持稳定；一个双电层（EDL）包围每个颗粒，并延伸到水中。然而在工业中，配方很少用纯水制备成，因为加入CNCs的配方常含有较高浓度的各种盐类及其他物质，因此此次实验探究了离子强度对CNC悬浮液流变性的影响。……