連泓原/工研院材化所
奈米纖維素的應用發展
奈米纖維素具有高剛性、高強度、高長徑比等優異特性，被視為理想的複材加強材，而如何提升於樹脂間的相容性與分散性一直是重要的發展技術。American Process公司將疏水木質素包覆（Lignin-coating）奈米纖維分散於 Polystyrene 中，僅添加 0.7% 即可提升 14～18% 的拉伸強度。Georgia Tech 的 Carson Meredith控制 NCC 的進料程序，使 NCC 均勻分散於水性環氧樹脂，添加 5% NCC 含量可提升複材 80%的拉伸強度。Purdue University 的 Shane Peng 利用酯化反應改質 NCC，使其表面具有長碳鏈增加表面疏水性，並且利用溶劑置換、醇類作為相容劑，將NCC 分散於硬化劑中，再與環氧樹脂交聯硬化，其中 NCC 添加量與修飾碳鏈長度影響最終複材的 Tg。
Clemson University 的C hristopher L. Kitchens 將 NCC 與海藻素在鈣離子溶液中進行濕紡製造生物複材（Biocomposite），在噴絲頭拉伸比（Jet Stretch）為 4.2下所獲得的 NCC/海藻素纖維，當含有 10%的 NCC 時，韌性（Tenacity）增加 38%、模數增加 123%。除此之外，NCC 亦可應用在 PLA、PE、PMMA、Polycarbonate、LDPE、Polyacrylonitrile 等材料製成複材。
奈米纖維素應用於光電元件的基材也是被積極開發的技術之一，目前可運用於 OLED、OFET、有機太陽能電池、Biosensor等元件。例如 Oji Holdings公司藉由調控不同的前處理方式，並搭配機械研磨法製造不同性質的 NFC，根據應用目標可分成① 製膜用，高透明且纖維表面親水；② 複材加強材用，纖維表面疏水；③ 造紙用，纖維直徑較粗。圖四所示即為 100% NFC 薄膜，具有耐熱、耐溶劑、彎曲性佳、高透明、低 CLTE 及其他優異機械物性，如表三所示，符合可彎曲式電子元件基板的理想條件。
圖四、Oji Holdings展示透明奈米纖維素薄膜
在造紙應用方面，Imerys 公司研發一系列 FiberLean™ 的商業化產品，可提高低價填料含量降低造紙成本、保持紙張剛性與光澤、加強纖維與填料黏結強度、降低孔隙度使紙張更平滑，減少水分滲入等。FiberLean™ 產品的製備如圖五所示，在製備 MFC（Micro-Fibrillated Cellulose）的過程中加入礦物質，如高嶺土或碳酸鈣共同研磨，減少原纖化研磨程序消耗的能量，提升 MFC 製造效率，而且最終的纖維素/礦物質複材可以直接應用於造紙、包裝產業。
圖五、FiberLean™產品的製備
包裝應用是奈米纖維素的重要應用之一，Grenoble INP 的 Julien Bras 提出可利用 MFC 作為塗層，以奈米孔洞網絡結構固定抗菌劑，達到抗菌劑減少洩漏，延長抗菌效果。此外---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★完整內容請見下方附檔。