行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
永續性奈米纖維素材料之綠色生產製程開發--以木質纖維 素及廢棉織物製備奈米纖維素及其應用(I)
研究成果報告(完整版)
計 畫 類 別 ： 整合型
計 畫 編 號 ： NSC 99-2621-M-011-002-
執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學化學工程系
計 畫 主 持 人 ： 李振綱
公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 100 年 10 月 31 日
中文摘要： 纖維素是典型的可再生性永續材料，而奈米纖維素纖維及晶絲 所製備之複合材料已被證實可大幅提升其機械性質，此外奈米 纖維素本身亦有許多特性可開發應用如感磁性、液晶性、撓電 性。一般奈米纖維素可以經木質醋酸菌培養而產生細菌纖維 素，或是將木漿中之纖維素奈米化而得。目前細菌纖維素已應 用在藥粧及醫材上，但受限於其產量及產率不高，無法開發更 廣泛之應用。因此本計畫將利用台灣主要生產之木質纖維素及 回收之棉織物為原料，開發出綠色環保之生物漂白之前處理方 式製備木漿(pulp)，再以酵素及高壓均質處理之方式將木漿中之 纖維素奈米化，所得之奈米纖維素纖維及晶絲均勻懸浮液，將 以真空乾燥製成高機械性質之奈米紙應用於綠色環保建材。此 外也將開發出高效能之奈米纖維素懸浮液濃縮方式製備出奈米 凝膠，做為增稠劑及複合材料之填充物。此奈米凝膠將以物理 及化學交聯製成薄膜。
英文摘要： Lignocellulosic materials is one of the main raw materials can be employed for developing sustainable materials in Taiwan. The cellulose of lignocellulose has very high crystallinity and results in a high chemical, thermal and mechanical stability. The cellulose in fibrous form can be further treated by mild enzymatic degradation of the amorphous regions, high mechanical shearing, or chemical oxidation to generate nanocellulose fibers or nanowhisker.
Nanocellulose has already been demonstrated as nanofiller to enforce the structure of various nanocompoistes, has many unique properties such as liquid crystal, magnetic and flexoelectrical capabilities. In addition, nanocellulose fibers can be produced by bacteria Acetobacter known as bacterial cellulose (BC) in a gel-like pellicle with 3-D nanofiber network. BC has been widely used in cosmetic, food, and biomedical engineering industry. Due to its low productivity resulted from the slow growing of the static cultured Acetobacter, the applications of BC nanocellulose in other
industries are quite limited although it has many good and unique properties. Producing nanocellulose in the form of nanofibers and nanowhisker with the same properties as bacterial cellulose directly from Taiwan’s abounding lignocellulose and recycled cotton fabrics is main goal of this project. In the first year project, virgin pulp and cotton will be employed as model raw materials to prepare
nanocellulose via mild enzyme degradation followed by high pressure microfluidizer treatment. The nanosized cellulose
suspension will be studied to form nanopaper by vacuum drying and nanogel by concentration. The nanogel will be cross-liked
chemically and physically to form gel membrane for the application as a biomedical materials in sub-project 3. In the 2nd year project, the lignocellulose and recycled cotton fabrics will be studied for the
to enzymatic and mechanical treatment, chemical oxidation will also been employed at this stage for the preparation of nanocellulose.
The feasibility of applying these nanocelluloses as biomedical materials will be evaluated by sub-project 3. Their applications as filler in bionanocomposite, matrix for conducting polymers,
nanopaper for green materials and substrate for soil conditioners in agriculture will also be evaluated.
以木質纖維素及廢棉織物製備奈米纖維素及其應用(I)
目錄
壹、摘要 ---2
貳、報告內容 ---3
前言 ---3
研究目的 ---6
研究方法 ---8
結果與討論---10-
結論 --- 17
參、參考文獻 ---18
肆、計畫成果自評---21
壹、摘要
近年來全球環境永續意識提高，對於如何利用永續材料來取代石化高分子材 料，並減少 CO2 排放的研究十分積極，植物不僅可減少 CO2 排放，其中纖維素 亦是典型的可再生性永續材料，而奈米纖維素纖維及晶絲所製備之複合材料已 被證實可大幅提升其機械性質，此外奈米纖維素本身亦有許多特性可開發應用 如感磁性、液晶性、撓電性。一般奈米纖維素可以經木質醋酸菌培養而產生細 菌纖維素，或是將木漿中之纖維素奈米化而得。目前細菌纖維素已應用在藥粧 及醫材上，但受限於其產量及產率不高，無法開發更廣泛之應用。因此本子計 畫將利用台灣主要生產之木質纖維素及回收之棉織物為原料，開發出綠色環保 之生物漂白之前處理方式製備木漿(pulp)，再以酵素及高壓均質處理之方式將 木漿中之纖維素奈米化，所得之奈米纖維素纖維及晶絲均勻懸浮液，將以真空 乾燥製成高機械性質之奈米紙應用於綠色環保建材。此外也將開發出高效能之 奈米纖維素懸浮液濃縮方式製備出奈米凝膠，做為增稠劑及複合材料之填充物。
第一年計畫之成果在於建立起纖維素纖維奈米化的方法，目前已可將再生纖 維素(regenerated cellulose)、紙漿(pulp)、棉布(cotton fabric)經 TEMPO 催化氧化後，再經超音波強力振盪可得到奈米級之纖維素(cellulose
nanofibers)。目前正在開發以一步(one step)加壓蒸煮法將纖維素直接從木質 纖維(lignocellulose)中分離出來，再以已開發之纖維素奈米化法，將其製備 成纖維素奈米纖維(CNF)，因此建立起經濟且環保可從一般廢棄之木質纖維素中 制備出較較高價值之纖維素奈米纖維。此纖維素奈米纖維添加於一般紙漿中可 大幅增加紙張強度，製備成特殊用紙，亦可製備成含有奈米金屬之氣膠用於吸 附及觸媒反應。此外亦可製備成水膠(hydrogel)取代價格較貴之細菌纖維素於 敷材上使用。第二年計畫將開發此纖維素奈米纖維之應用。此奈米凝膠將以物 理及化學交聯製成薄膜，由子計畫三評估其做為生醫材料之可行性，以期能取 代細菌纖維素之功能，提高台灣農藝廢棄物之附加價值及其永續性。
貳、報告內容
前言:
奈米材料有非常大且具活性的表面積，因此具有特別的功能性，近年來受到 工業界廣泛的重視，尤其是應用於在複合材料中，可大幅增加複合材料之機械性 質。自然界中許多生物其結構亦是由奈米複合材料所組成，例如構成植物強韌特 性之木質纖維素是由纖維素、半纖維素及木質素高分子所構成，蝦蟹之外殼由幾 丁質、蛋白質及碳酸鈣所構成，強韌之肌腱是由膠原蛋白纖維束及蛋白質所構 成，在仿生材料開發或生物啟發性(bioinspired)材料研究過程中，可發現自然界 生物其結構中複合材料的強韌性主要是由其奈米級之纖維(nanofiber)所造成，例 如目前已在工業使用之由微米級植物纖維所製備之生物複合材料，其纖維粗糙、
不規則、纖維之間隙為幾百微米，此類生物複合材料較脆，斷裂應變
(strain-to-failure)只有 1%，而由奈米級纖維所構成之複合材料，其斷裂應變可高 達10%。一般製備人造及天然高分子奈米纖維的製程技術，包括了抽紡
(drawing)、電紡(electrospinning)、相反轉(phase inversion)、模板合成(template synthesis)等方式，但此類運用物理化學原理的製備技術不易得到具高結晶性的奈 米纖維。自然界中許多生物細胞會合成纖維素(cellulose)，但以植物之產量最大，
因為植物能夠挺立長高爭取陽光以行光合作用，主要是靠其有強強韌之細胞壁，
細胞壁之主要成份為木質纖維素，其中又以纖維素含量最高可達50%以上，纖維 素是由直鏈的聚-β(1,4)-D-葡萄糖分子鏈聚集結晶，成為高模數和高強度的微纖 維束(microfibrils)，典型的微纖維晶格尺寸為 5-10 nm，依據植物來源的不同，長 度可達數微米。纖維素有非常高的結晶度，因此具有高強度、高耐熱、耐化性。
植物纖維素是一種主要的且容易獲得的永續材料，其所製產品生命周期CO2 排 放幾乎為零，因此由植物纖維中提取出纖維素奈米纖維(cellulose nanofiber)及纖 維素奈米晶絲(nanocrystalline cellulose or cellulose whiskers)(如圖一)應用於生物 複合材料是十分值得研究之課題。此外纖維素的主要來源為植物之木質纖維素及 棉花，為國內主要可再生性資源之一，如應用於生質燃料(biofuel)之開發如生質 酒精，因產量不大，生產成本太高，效益不高，無法與美國、巴西等農業大國相
則可大幅提高纖維素的附加價值，有助於臺灣永續產業之發展。
近年來全球環境永續意識提高，對於如何利用永續材料來取代石化高分子材 料，並減少CO2排放的研究十分積極，由植物來的纖維素是典型的可再生性永續 材料，由於目前已在使用的含纖維素纖維之複合材料，其中之纖維為微米級，以 致在複合材料中之均勻性及黏著性皆不及奈米纖維，所得之機械性質亦遠不及奈 米複合材料。國際間特別是林業特別發達國家如北歐之瑞典、芬蘭對奈米纖維素 之研究特別積極，瑞典皇家工學院(royal institute technology)之Henriksson等人 2008年以木漿(pulp)為原料製備出直徑尺寸約10-40 nm，長度約幾個μm，具有非 常高的長度與直徑比(aspect ratio)的奈米纖維素，此奈米纖維素製備成的奈米 紙，被證實具有極佳之機械性(tensile strength ~7.5 GPa; modulus~145-250 GPa)遠 高於一些常用之工程塑膠及天然纖維，而與鋼鐵材料(tensile strength ~1.5 GPa;
modulus~200 GPa)。除纖維素之奈米纖維外，從木漿中也可製備出奈米級之纖維 素晶絲(cellulose whisker)，此奈米晶絲為纖維素結構中容易被水解的無定形區域 水解後所剩下之結晶片段，在做為生物複合材料中之奈米填料(filler)，可大幅增 加複合材料的機械性質，過去十年間有關纖維素奈米晶絲之研究已有一篇詳盡的 回顧論文發表(Samir et al. 2005)。目前國外對奈米纖維素之研究主要有瑞典皇家 工學院之Berglund，研究利用機械力強力撕裂木漿中之纖維素束，產生約5-20 nm 之纖維，再乾燥製成奈米紙，其機械強度可與鋼鐵相近。芬蘭赫爾辛基大學之 Osterberg，研究MFC之改質及應用，芬蘭赫爾辛基科技大學研究將奈米纖維素纖 維製成aerogel，應用它的高比表面積的特性於導電性高分子材料的應用。日本東 京大學之Isogai，研究利用觸媒氧化法將纖維素中C-6的OH-基團被選擇性的轉化 成COOH-，其製備出的奈米纖維素的結晶度與直徑分別為75%與3-4 nm之纖維，
應用於奈米複合材料、氣體隔絕材料及奈米水膠(nanogel)。在國內對奈米纖維素 領域的研究目前只集中在細菌纖維素(bacterial cellulose)的生產及在食品、化妝保 養面膜上的應用，對於奈米纖維及奈米晶絲(whisker)則無相關之研究。
一般而言奈米纖維素(nanocellulose)可以四種方式製備而得，1.)以生物細胞
培養的方式生產而得，如被囊類(tunicate)動物海鞘及海藻皆可產生，較為容易 的生物法則是培養木質醋酸菌，即可獲得成薄膜型式(pellicle)的細菌纖維素，如 子計劃一所要進行之研究，細菌纖維素的優點在於可獲得由細菌細胞生長過程中 所編織成的3-D立體構型之高純度奈米纖維素，缺點在於細胞生長速率慢，細菌 纖維素產率及產量較慢，不易工業化大量生產。2.)以溶劑溶解纖維素後再以電 紡electrospinning)方式紡出奈米纖維素纖維，所獲得之纖維較粗約在2-300奈米 左右，需使用溶劑及特殊之電紡裝置，不容易工業化大量生產。3.)將木漿微細 纖維化(microfibrillated cellulose; MFC)，以endocellulase酵素行部分水解後，再以 高機械力將木漿之纖維素束撕裂成10-100 nm之奈米纖維，或是以氧化劑將木漿 中之纖維素的C6位置之-OH氧化成-COOH，造成纖維因靜電相斥而分離成奈米化之 MFC(Saito et al., 2007; Saito et al., 2006)，此法優點在於易工業化大量生產，但所 得之奈米纖維不易形成保濕性的膜或其他構形，較適用於做生物奈米複合材料，
提高材料之強度及透光性，例如與聚乳酸所製成之複合材料可降低1/750倍的氧 氣穿透率，在400-1000 nm的波長下，其光的穿透度可達90% (Fukuzumi et al., 2009)。4.)以強酸水解纖維素的無定形區域，所剩下之結晶片段直徑為2–50 nm 長約數微米，在高濃度時此晶絲溶液有明顯的液晶行為，一般多做為生物複合材 料中之奈米填料。
研究目的:
目前已知的四種奈米纖維素細菌(bacterial cellulose)、電紡(electro-spun cellulose; BC) 、微纖化(microfibrillated cellulose; MFC或又稱奈米纖維化
nanofibrillated; NFC)、及晶絲纖維素(nano-cellulose crystallite; NCC or whisker)之 製備及性質上各有優缺點，而本計劃(子計劃二)主要是發展從木質纖維素及廢棄 棉織物為原料，以子計劃一所建立之木質纖維素前處理方式提煉出纖維素，再將 此纖維素製備成奈米纖維素纖維MFC or NFC及纖維素晶絲whisker or NCC，研究 如何提高此容易大量製備的奈米纖維素之收率，及能否具有如細菌纖維素BC一 般之功能性如高保濕、成膜、機械等性質，並開發其為高附加價值之奈米生物複 合材料應用於生醫材料(子計劃三)。目前絕大部份文獻所報導之奈米纖維素纖維 及晶絲的製備都是以漂白後之木本植物之木漿(pulp)為原料，只有日本京都大學 的Abe(2007)曾以木屑(wood powder)為原料製備奈米纖維素纖維，但需經有機溶 劑及酸鹼前處理，去除木質素及半纖維素。台灣木本之木質纖維素(lignocelluloses) 原料並不多，造紙業所需之紙漿多為國外進口之木漿，台灣林木業不若北歐、北 美等溫帶國家發達，所有之木質纖維素資源以草本為主，如蔗渣、稻桿、芒草，
此外目前文獻中尚無以草本植物之木質纖維素來製備奈米纖維素纖維之報導，因 此本計畫將採用草本植物之木質纖維素為原料，配合子計劃一所開發綠色永續性 的前處理方式去除木質素及半纖維素，所製得之纖維素漿料(pulp)其中主要成份 為纖維素，但仍可能含有少量之木質素(lignin)，此木質素不僅會造成產品有顏 色，亦會影響纖維素之品質，一般傳統做法皆使用強氧化劑進行化學漂白，而漆 脢(laccase)已知可用於去除木質素之漂白程序(Bajpai, 1999; Leonowicz et al., 2001)，laccase也廣泛的應用於紡織染料廢水的脫色，主要原因為其能降解染料 衍生物(Abadulla et al., 2000; Couto et al., 2006; Hao et al., 2007; Hou et al., 2004;
Salony et al., 2006)，因此本計畫將研究採用綠色環保之生物漂白(biobleaching)，
以氧化性酵素漆脢(laccase)來分解去除纖維素漿料(pulp)中之木質素。棉花之主要
成份亦為高結晶度之纖維素(>98%)，以棉花為奈米纖維素之原料的研究非常 少，主要原因可能是與木漿相較價格較貴，棉花應用於棉織物上有較高之價值，
但是廢棄後之棉織物(如舊衣)其價值已大幅下降，且臺灣已有非常好的舊衣之回 收系統，因此本計劃也將使用廢棄之棉織物為奈米纖維素之原料，但一般棉織物 表面皆已被染料染色，如要從其中萃取出纖維素奈米纖維及結晶亦需先將棉織物 漂白，因此如木漿一般本計畫將採用氧化性酵素laccase對廢棉織物所製之漿料進 行生物漂白，探討其最佳之操作條件，生物漂白後之紙漿及廢棉織物再以cellulase 進行部份水解，由纖維素纖維結構中非結晶區切開後，再以機械法及高壓均質法 施以高剪切力將構成纖維素纖維(fibers)之微纖維(microfibrils)撕裂開成為奈米纖 維及結晶。由木漿及純棉漿所製得之奈米纖維素與子計劃一所得之細菌纖維素將 由子計劃三應用於生醫及藥粧材料上，而由廢棉織物所製得之奈米纖維素，將應 用於高機械強度之奈米紙，及其他綠色環保複合材料上。
研究方法:
整體研究流程如下圖所示:
1.纖維素之奈米化氧化反應
將 1 g 的紙漿、嫘縈絲、或棉布與與 100ml 的 2N 氫氧化鈉混合配製成 1% w/v 的纖維素溶液於室溫下靜置一小時後，混合物經由過濾將固體收集，再加入過量 的去離子水清洗後置入每 100ml 去離子水含有 0.016g (0.1mmol) TEMPO、0.1g (1mmol) NaBr、3.1mL (5mmol) 或 6.2mL (10mmol) 13%的 NaClO 混合配製成 1%
w/v 的纖維素溶液，於室溫下進行氧化反應一小時，反應期間以 0.5N NaOH 調控 pH≒10 左右。反應完成後以離心清洗至中性，再以破菌超音波強力震盪即可得 奈米化之纖維素。
2.羧基含量分析
將 1g 的氧化再生纖維素浸泡於 10ml，2%(w/v)的醋酸鈣溶液中 30 分鐘後，
以酚酞當指示劑，使用 0.1N NaOH 進行滴定並記錄其體積。將使用 0.1N NaOH 之體積代入以下之公式可得羧基含量(Carboxyl content (%))。
第二年:木質纖維素及廢綿織物
高速攪碎製漿(pulping)
Laccase 生物漂白(bioleaching)
內切型纖維素脢前處理
高壓均質纖維素奈米化
奈米纖維素製備奈米紙、
凝膠、保濕膜、生物複合 材料
第一年:
紙漿及綿
子計畫一:木質 纖維素前處理技 術去除木質素及 半纖維素
去除殘 餘木質
DNS 還原糖測定
動態光散射奈 米尺寸測定
萬能材料試驗機
強度測定 子計畫三生醫、藥
粧材料上應用 TEMPO 法製備
奈米化纖維素
式 3-1
其中 N 為 0.1N NaOH 的濃度，V 為 0.1N NaOH 的體積， 為羧基(COOH) 的分子量。
圖一、TEMPO 催化之 cellulose C-6 之氧化反應
結果與討論:
1. TEMPO 催化之纖維素氧化反應
纖維素經過氧化反應後結構中第六個碳上的羥基 (OH) 轉換成羧基 (COOH) 即為氧化再生纖維素。而氧化再生纖維素的羧基之 C=O 的伸展振動波峰為
1740cm-1，因此，可利用傅利葉紅外線光譜(圖二)分析氧化後之纖維素是否具有 羧基特有的伸展振動吸收峰，進而確定氧化反應有無順利進行，而波峰強度也會 隨著羧基含量增加而增強。
圖 二、.嫘縈絲纖維素與氧化前後之FTIR 光譜圖
氧化前後的聚合度大小也會影響其熱裂解溫度，圖三為氧化再生纖維素之 TGA 圖譜，我們將藉由熱重分析儀來分析纖再生維素氧化前後之熱裂解溫度，聚 合度為 218.83 的嫘縈絲其熱裂解溫度為 208.84℃，羧基含量 11.08% 和 19.06%
的氧化再生纖維素其熱裂解溫度分別為 186.29℃和 182.18℃，其熱裂解溫度約 下降了 22-26℃。雖然羧基含量由 11.08% 上升至 19.06%，但其熱裂解溫度降低 的幅度並不明顯。因此可知氧化反應會使嫘縈絲的聚合度下降，聚合度下降導致 熱裂解溫度下降，但氧化程度對氧化再生纖維素聚合度和熱裂解溫度的影響並不 大。
圖 三、 氧化再生纖維素之 TGA 圖譜。
圖四為氧化再生纖維素之 XRD 圖譜，以 XRD 探討氧化再生纖維素結晶度的變 化，經過計算後，嫘縈絲之 Cr值為 42.7%，羧基含量 11.08% 和 19.06% 的氧化 再生纖維素之 Cr值分別為 20.1% 和 17.3%，由章節 4.2 知經絲光化處理過之嫘 縈絲 Cr 為 17.2%，相互比較之後，可知氧化反應不會改變嫘縈絲的結晶度，結 晶度主要是受到絲光化處理所影響，氧化纖維素的羧基含量對氧化纖維素的結晶 度也沒有造成太大的影響。
圖四、氧化再生纖維素之 XRD 圖譜。
2.高壓均質奈米化氧化纖維素
圖五、MFC 奈米化之前(a)後(b,c)比較
原紙漿(virgin pulp)之奈米化，其奈米化之程度可由圖五其懸浮性增加、不易 沉降看出。
Time=0 h Time=8h 圖六、高壓均質奈米化之前後沉降比較
圖六左側試管為奈米化後之紙漿纖維素，其濁度較高但在靜置八小時後只沉降十
a b c
分一，而右側濁度較低之紙漿懸浮液則已完全沉降，圖七為其 AFM 結果，可看出 纖維已可達到奈米等級。
圖七為奈米化後之紙漿纖維素之 AFM
圖八奈米化後之紙漿纖維素之 SEM(x20,000)
圖九奈米化後之紙漿纖維素之 SEM(x100,000)
ratio 可達 100 以上。
奈米纖維經手工操紙乾造後製成紙如圖十，其 SEM 結果如圖十一，可看出原紙 漿之纖維遠較奈米化後之纖維為粗。其透光性如圖十二，在相同濃度下所製得 之薄膜，可看出奈米紙之透光性遠較一般紙為佳。
圖十、高壓均質奈米化所得之 MFC 乾燥後所成之膜
圖十一、SEM 原紙漿所製一般紙 纖維素奈米纖維所製奈米紙
圖十二、原紙漿所製一般紙透光性 纖維素奈米纖維所製奈米紙透光性
機械強度:
比較兩種纖維所製紙之拉力實驗結果如下圖，可算出奈米紙之 Young’s Modulus 為未經奈米化紙的三倍。
奈米紙拉力實驗結果
原紙漿所製一般紙拉力實驗結果 (1) 聚合度（degree of polymerization）:
經奈米化的過程中，纖維素的聚合度會因葡萄醣鏈的斷裂而大幅減少，在量
出纖維素的聚合度如下表
DP Pulp MFC
Test 1 107.9437 67.6454 Test 2 114.9147 61.45071 Test 3 101.0377 63.16702
很明顯地可看出奈米化之MFC其聚合度已降為原紙漿的一半，表示纖維素纖 維已被撕裂開。
結論:
再生纖維素(regenerated cellulose)、紙漿(pulp)、棉布(cotton fabric) 經 TEMPO 催化氧化後，再經超音波強力振盪或微噴均質機多次高壓處理可得到奈 米級之纖維素(cellulose nanofibers)。此奈米纖維素纖維經 AFM 及 SEM 鑑定，
其其直徑約為 30nm，長度可超過 3 μm，aspect ratio 可達 100 以上。乾造成膜 後其透光性及機械性質皆大幅提升。
一步(one step)加壓蒸煮法可將纖維素直接從木質纖維(lignocellulose) 中分離出來，再以已開發之纖維素奈米化法，可將其製備成纖維素奈米纖維 (CNF)，因此建立起經濟且環保可從一般廢棄之木質纖維素中製備出較較高價值 之纖維素奈米纖維。此纖維素奈米纖維添加於一般紙漿中可大幅增加紙張強度，
製備成特殊用紙，亦可製備成含有奈米金屬之氣膠用於吸附及觸媒反應。此外亦 可製備成水膠(hydrogel)取代價格較貴之細菌纖維素於敷材上使用。
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Laccase biobleaching:
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Sugiyama, J. Chanzy, H., Maret, G. Orientation of cellulose microcrystals by strong magnetic fields, Macromolecules 1992, 25, 4232-4234
Tavares, A.P.M., Cristóvão, R.O., Gamelas, J.A.F., Loureiro, J.M., Boaventura, R.A.R., Macedo, E.A., 2009. Sequential decolourization of reactive textile dyes by laccase mediator system. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 84, 442-446.
Lignocellulose pretreatment:
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Kuo, C.H., Lee, C.K., 2009. Enhancement of enzymatic saccharification of cellulose by cellulose dissolution pretreatments. Carbohydrate Polymers, 77, 41-46.
肆、計畫成果自評:
第一年計畫之成果在於建立起纖維素纖維奈米化的方法，目前已可將再生纖 維素(regenerated cellulose)、紙漿(pulp)、棉布(cotton fabric)經 TEMPO 催化氧化後，再經超音波強力振盪可得到奈米級之纖維素(cellulose
nanofibers)，因此已達成本計畫第一年之計畫目標。
目前正在開發以一步(one step)加壓蒸煮法將纖維素直接從木質纖維 (lignocellulose)中分離出來，再以已開發之纖維素奈米化法，將其製備成纖維 素奈米纖維(CNF)，因此建立起經濟且環保可從一般廢棄之木質纖維素中制備出 較較高價值之纖維素奈米纖維。此纖維素奈米纖維添加於一般紙漿中可大幅增加 紙張強度，製備成特殊用紙，亦可製備成含有奈米金屬之氣膠用於吸附及觸媒反 應。此外亦可製備成水膠(hydrogel)取代價格較貴之細菌纖維素於敷材上使用。
第二年計畫將開發此纖維素奈米纖維之應用。此奈米凝膠將以物理及化學交聯製 成薄膜，
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2011/10/30
國科會補助計畫
計畫名稱: 以木質纖維素及廢棉織物製備奈米纖維素及其應用(I) 計畫主持人: 李振綱
計畫編號: 99-2621-M-011-002- 學門領域: 永續發展研究-工程技術
無研發成果推廣資料
99 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：李振綱 計畫編號：99-2621-M-011-002-
計畫名稱：永續性奈米纖維素材料之綠色生產製程開發--以木質纖維素及廢棉織物製備奈米纖維素及 其應用(I)
量化
成果項目 實際已達成
數（被接受 或已發表）
預期總達成 數(含實際已
達成數)
本計畫實 際貢獻百
分比 單位
備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ...
等）
期刊論文 0 1 100%
研究報告/技術報告 0 1 100%
研討會論文 0 1 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100%
申請中件數 0 1 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 0 0 100% 件
技術移轉
權利金 0 0 100% 千元
碩士生 2 2 100%
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
國內
參與計畫人力
（本國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
期刊論文 0 1 100%
研究報告/技術報告 0 0 100%
研討會論文 0 0 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100% 章/本
申請中件數 0 0 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 0 0 100% 件
技術移轉
權利金 0 0 100% 千元
碩士生 2 2 100%
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
國外
參與計畫人力
（外國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。)
無
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述
測驗工具(含質性與量性) 0
課程/模組 0
電腦及網路系統或工具 0
教材 0
舉辦之活動/競賽 0
研討會/工作坊 0
電子報、網站 0
科 教 處 計 畫 加 填 項
目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
國科會補助專題研究計畫成果報告自評表
請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適 合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。
1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估
■達成目標
□未達成目標（請說明，以 100 字為限）
□實驗失敗
□因故實驗中斷
□其他原因 說明：
2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：
論文：□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無 專利：□已獲得 □申請中 ■無
技轉：□已技轉 □洽談中 ■無 其他：（以 100 字為限）
3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）
此第一年計畫在於建立起纖維素纖維奈米化的方法，目前已可將再生纖維素(regenerated cellulose)、紙漿(pulp)、棉布(cotton fabric)經 TEMPO 催化氧化後，再經超音波強力 振盪可得到奈米級之纖維素(cellulose nanofibers)。目前正在開發以一步(one step)加 壓蒸煮法將纖維素直接從木質纖維(lignocellulose)中分離出來，再以已開發之纖維素奈 米化法，將其製備成纖維素奈米纖維(CNF)，因此建立起經濟且環保可從一般廢棄之木質 纖維素中制備出較較高價值之纖維素奈米纖維。此纖維素奈米纖維添加於一般紙漿中可大 幅增加紙張強度，製備成特殊用紙，亦可製備成含有奈米金屬之氣膠用於吸附及觸媒反 應，此外亦可製備成水膠(hydrogel)取代價格較貴之細菌纖維素於敷材上使用。第二年計 畫將開發此纖維素奈米纖維之應用。
