奈米纖維素的發展趨勢及應用前景：材料世界網

石燕鳳 / 朝陽科大應用化學系

奈米纖維素根據其大小和處理方法可分為三類：纖維素奈米晶體(CNCs)、纖維素奈米纖維(CNF)和細菌奈米纖維素(BNC)。奈米纖維素具有高強度、剛性和模數、輕量、高表面積，以及生物相容性等特性，深具發展潛力。可用來作為複合材料的補強劑、防止氧氣進入和變質的食品包裝材料、食品中的風味載體、懸浮穩定劑和增稠劑、醫療應用中的抗菌膜、吸水墊和電子顯示器等，應用領域廣泛。

【內文精選】

前言

在過去幾十年中，尋找比石油資源更環保、更可持續的替代化學品和材料，引起廣泛的重視。其中奈米纖維素(Nanocellulose; NC)是植物的提取物，其源自植物纖維，因此生產和廢棄對環境的影響很小；且具有改進機械性能的奈米級結構、優異的物理特性和化學特性，深具發展潛力。奈米纖維素可從不同的纖維素來源，經由酸水解、機械法和水解等若干技術來生產。一般來說，奈米纖維素可以根據其大小和處理方法分為三類：纖維素奈米晶體、纖維素奈米纖維和細菌奈米纖維素。

圖二、CNF的形態和物理特性

市場前景

奈米纖維素在過去幾年，於醫療、製藥、機械、化學和環境領域的應用已大幅提高，預計未來幾年將進一步增長。奈米纖維素也廣泛用於空氣過濾，因為奈米纖維素在去除亞微米顆粒(包括病毒和細菌)方面效率高。奈米纖維素能夠改變各種材料的特性，這為奈米纖維素帶來廣泛的市場增長，特別是在商業領域。奈米纖維素市場有望在服裝、個人護理、保溫、過濾、儲能等多個增值應用中擁有更好的機會，預計2017~2027年奈米纖維素市場將高速成長，且因各國政府和非政府組織對使用環保產品的規定而促進了奈米纖維素的發展。CNF是一種特殊類型的奈米纖維素，預計未來幾年，其消費量將顯著增加，僅紡織業一項就消耗了全球奈米纖維素消費量的四分之一左右。其他應用，如凈水、醫療器械、太陽能電池、燃料電池和其他高能電容器設備中使用奈米纖維素亦日益增多，預計將推動奈米纖維素市場的增長。

全球奈米纖維素的主要生產廠家有Marusumi Paper Company、CelluComp、CelluForce、Sappi及Nippon Paper Group等。奈米纖維素研究的年度增長反映在新的初創公司和新興市場的數量上，目前約有十家公司正在以商業規模(50噸/年)生產。其中CelluForce是全球最大的CNC生產商(1噸/天)，於2011年在加拿大啟動，控制著全球近20% CNC相關的智慧財產權。2019年奈米纖維素全球市場約有2.9億美元，預期2027年達10億美元，將有19.9%的年增率，應用市場包括過濾材料、紡織、紙張及包裝、化妝品等(圖三)。然而，成本是阻礙全球奈米纖維素市場增長的主要制約因素，原材料價格的波動限制了最終使用者在工業中大規模使用的意願。此外，由於與奈米纖維相關的潛在健康危害—接觸奈米纖維素可能導致肺炎症和持續纖維化，在處理奈米纖維素時需要特別護理。

隨著纖維素材料越來越多地用於紙張和紙漿生產，以及環境問題日益嚴重，預估全球奈米纖維素市場將顯著增長。推測近期內，不穩定的石化產品價格亦將增加消費者對於生質材料的需求。而因其可生物降解、無毒和可重複使用的性質，以及奈米纖維素的觸變性質，使其在未來七年內需求將增加；同時，降低奈米纖維素的生產成本可刺激消費者的使用意願及需求。在應用面上，尤其對環保塗料、複合材料和漆料等需求不斷增加，另外因為能增強吸水性，在生物製劑、抗菌膜、生物聚合物、棉布和傷口敷料等衛生需求產品，都將在預測期內增加市場。在汽車行業部署綠色複合材料也推動奈米纖維素的市場規模，奈米晶體和纖維素奈米纖維在熱固和熱塑性聚合物作為補強劑的表現相當優異。為了環境安全的考量，汽車產品供應商更傾向於大規模使用纖維素材料作為熱塑性材料中的強化材料。

主要生產廠家及應用商品

1. 日本紙業株式會社(Nippon Paper Group)為此可再生資源，積極研究及開闢奈米纖維素的新用途。其於2013年4月在研發部內設立了奈米纖維素研究實驗室，並於2013年10月在岩國工廠內建立了日本第一家預商業工廠，作為經由化學處理 ...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。