科创中国

福建农林大学和国际竹藤中心联合开展了竹纤维的高值化利用——竹材加工剩余物增强高分子复合材料的研究，以竹材加工剩余物为试验原料，通过增强相纯化、纤维形态控制，以及挤出造粒、注塑成型工艺的组合应用提高增强相的分散性和取向程度，结合竹纤维的表面原位改性，解决了在低纤维负载量的条件下制备高性能（优良的力学性能、耐水性和耐候性能）的竹塑复合材料的技术难题。竹子生长快、产量高、性能优，是我国竹产区生态保护和林业产业的重要资源，利用竹材加工剩余物（竹青、竹黄及竹枝）进行高性能竹纤维增强高分子复合材料的制备对提升竹产业升级具有重要的意义。不仅可以有效提升竹材加工剩余物的利用价值，还显著拓宽了竹塑复合材料的应用领域。该项成果通过水相分离技术纯化增强相、纤维形态控制和注塑成型工艺提高竹短纤维束在聚丙烯基体中的分散性和取向程度，以及马来酸化聚丙烯相容剂、碱处理，无机溶胶、无机纳米颗粒等多种界面改性技术的协同作用，在竹纤维添加量仅为35 %的条件下，制备出了弯曲强度和模量高达4.0 GPa和83.0 MPa的竹短纤维增强热塑性高分子复合材料。

竹材生长周期短，利用广泛，加工剩余物产量巨大，是一类重要的生物质资源，发展绿色环保的高值化利用途径迫在眉睫。该项成果基于加工剩余物具备微纤化的疏松组织结构特征，通过温和稀碱处理辅助机械研磨实现纳米纤维素的规模化制备。利用稀碱溶液预处理竹材加工剩余物（1-5%，80℃，2 - 5 h），然后利用研磨处理即可获得平均直径10-20 nm，具有良好分散性的纳米纤维素溶胶。此方法无论是在反应时间还是能耗问题上都具有较大优势。

本项目制备的纳米纤维素尺寸均匀，分散性优异，可用于开发汽车零部件、信息、电子、包装、建筑、流体添加剂和高端过滤器等新产品。

余雁，教授，负责统筹规划。张雪霞，讲师，负责纳米纤维素制备的工艺优化郭飞，讲师，负责研究预处理工艺对竹材组织结构和得率影响规律。杨日龙，讲师，负责竹材微观尺度结构和纳米纤维素结构性能表征。

目前已投入52万经费用于研究该成果，针对研磨处理工艺的优化，预期需要再投入40万经费，预计于2023年12月完成小规模中试。该成果可为竹材和其他植物纤维的高值化利用提供理论支撑和技术支持，缓解木材资源紧张局势。此外，此项成果提出预处理结合机械处理实现纳米纤维素的规模化制备，对绿色环保纳米纤维素技术的发展具有重要的意义。

本成果利用竹材加工剩余物制备的纳米纤维素具有制备简单绿色环保，考虑与相关生产企业进行技术合作，进行小规模生产和销售纳米纤维素，目标市场为日化、食品、药品、复合材料和造纸等行业。