纤维素是地球上储量最丰富的可再生和降解的天然高分子材料。纤维素纳米晶(CNC)是一类尺度在纳米级别的纤维素材料,应用前景十分广阔。CNC低污染制造与分散加工是制约其工业化进程的两大关键问题。浓酸法制备CNC存在下述问题:酸的浓度高,对设备腐蚀性强,反应后的废液中残留大量酸溶液,后续水处理成本高;另外CNC由于比表面积大,表面羟基丰富,干燥过程中,CNC之间易产生不可逆的团聚,团聚后的CNC很难用物理或化学方法再分散到原来的纳米尺寸,导致CNC—些特性的丢失。因此,本论文主要研究了纳米纤维素低污染制备和分散加工技术,并且探究了竹纤维的形变点及其对超低浓度酸水解纤维过程的影响。第一部分,以漂白硫酸盐法竹浆(BKBP)为原料采用超低浓度酸水解法成功制备出了 CNC。研究发现,超低浓度酸水解过程中反应温度、酸浓度及反应压力都对CNC得率有显著的影响;其中反应压力的影响最为明显,CNC得率随反应压力的增加而增加,其原因可能是由于在压力作用下,纤维素内部无定形区取向变得有序向结晶结构转化,导致结晶度和晶体尺寸增加,从而CNC得率增加;TEM分析结果表明,超低浓度酸法水解BKB3P制备的CNC呈棒状,长度500-700 nm,宽度50-90 nm,长宽比10-20。XRD和FT-IR分析结果表明,超低浓度酸法水解BKBP制备的CNC晶体结构属于纤维素I型。热重分析结果表明,超低浓度酸法制备的CNC具有良好的热稳定性。相比浓酸法水解得到的CNC,超低浓度酸法制备的CNC具有更大的晶粒尺寸、更完整的晶体结构和更高的结晶度;另外,由于超低浓度酸法水解制备CNC,反应体系中酸浓度≤0.1 wt%,后续的废液处理过程容易,处理成本低,BKBP纤维上存在形变点,球差校正透射电镜观察到可能是竹原细纤维的结构特征,竹原细纤微高度结晶化,存在弯曲、扭变和分叉。超低浓度酸法CNC的XRD结晶度值低于100%,可能是由于部分纤维素结晶区在酸水解过程中遭到破坏,由原先规则的分子链分布变得不规整,从而导致XRD测得的结晶度值低于100%。超低浓度酸水解反应过程中,漂白硫酸盐法竹浆纤维上的形变点较无定形区易水解。第二部分,以漂白硫酸盐法竹浆(BKBP)为原料采用超声辅助超低浓度酸水解法成功制备出了粒径更小的纤维素纳米晶(CNC)。研究发现,超声预处理可增加BKBP纤维可及度和结晶度,但不会影响其化学结构,有助于酸渗入到纤维无定形区和结晶不完整的区域,提高超低浓度酸水解反应的效率;TEM和AFM分析结果表明,超声辅助超低浓度酸水解BKBP纤维制备的CNC呈棒状和中空球状结构,呈棒状结构的CNC长为50-250 nm,宽为10-20 nm。呈中空球状结构的CNC直径在50nm左右,中空球状CNC可能是由CNC颗粒间通过氢键自组装形成的;XRD分析结果表明,制备的CNC晶体结构属于纤维素Ⅰ型;FT-IR分析结果表明,制备的CNC化学结构基本与BKBP类似,具有纤维素的基本化学结构;热重分析结果表明,制备的CNC具有良好的热稳定性。第三部分,基于醇沉水解糖的水可再分散纤维素纳米晶的制备。高效液相色谱分析结果表明,超低浓度酸水解BKBP制备纤维素纳米晶(CNC)的过程中,产生的水解液的主要成分有低聚糖、葡萄糖、木糖、甲酸、乙酸及糠醛等降解产物,其中低聚糖含量最高。TEM、SAED及XRD分析结果表明,滤液中(含CNC和水解液)加入醇类溶剂后,水解液中的水解糖析出并沉积到CNC表面,从而避免了后续干燥过程中CNC颗粒通过氢键团聚到一块,实现了 CNC的水可再分散,同时有效的利用了水解液中来自于纤维素和半纤维素的降解产物;表面沉积有水解糖的CNC干燥再分散时,需超声再分散,才能使其粒径与未干燥的CNC接近;适当的浓缩可减少“醇沉”过程中醇类溶剂的消耗量,但CNC初始浓度不能高于0.05%。得到的干燥的表面沉积有水解糖的CNC残余水分含量控制在20-30%之间,再分散时,干燥的表面沉积有水解糖的CNC在水中可完全分散到未干燥时的粒径尺寸;水再分散的CNC的粒径、结晶结构、化学分子结构及热稳定性与未干燥的CNC基本一致。通过醇沉将葡萄糖沉积到浓酸法纤维素纳米晶(s-CNC)表面,实现了 s-CNC的水可再分散,水再分散的re-s-CNC的粒径、结晶结构、化学分子结构及热稳定性与未干燥的s-CNC基本一致。综上所述,本论文研究了超低浓度酸法纳米微晶纤维素的制备机理及其基于醇沉水解糖的再分散性质,着重研究了竹浆纤维形变点和超声辅助技术对超低浓度酸水解的影响规律。成功将纤维素纳米晶制备的酸浓度从64%降低至0.1%,显著减轻了制备过程的环境压力;揭示了超低浓度酸水解制备纤维素纳米晶与竹浆纤维形变点等相关的机理,发现了纤维素纳米晶的新形态;利用醇沉方法将小分子糖沉积到纤维素纳米晶表面,解决了其粉体的再分散难题。