疏水化改性纳米纤维素的制备及应用研究进展

综述了疏水化改性纳米纤维素的研究进展,从表面吸附改性、对表面羟基化学改性和接枝共聚改性3个方面论述了对纳米纤维素的疏水化改性研究,介绍了疏水改性纳米纤维素及其衍生物在乳液和泡沫稳定方面以及在造纸、气凝胶和膜材料领域中的应用,并对其发展进行了展望,为其广泛应用提供了参考。     

纳米纤维素构建超疏水材料研究进展

纳米纤维素表面富含活性羟基,具有高度的亲水性和吸水性,这在很大程度上成为影响纳米纤维素在工业上大规模应用的主要因素。对纳米纤维素表面的活性羟基进行化学修饰提高其疏水性,日益成为国内外学者研究的热点。本文在简要阐述超疏水材料基本特征和制备方法的基础上,对比了不同超疏水材料制备方法（模板法、喷涂法、沉积法、刻蚀法）的优劣,重点介绍了国内外学者利用纳米纤维素构建超疏水材料（气凝胶、纸张、涂层、薄膜等）在生物医学、造纸工业、油水分离、食品包装、储能材料等不同领域的研究进展,归纳并分析了目前纳米纤维素构建超疏水材料在改性方式和性能提升等方面仍存在的问题,同时指出了纳米纤维素构建超疏水材料未来将朝着过程无污染化、工艺简化、稳定性优化等方向发展。     

原子转移自由基聚合法接枝改性纳米纤维素及其功能化应用

纳米纤维素不仅具有天然纤维素的基本结构和特性,还具有纳米粒子的独特性能,使其成为众多领域的研究热点。然而,由于纳米纤维素表面存在丰富的羟基,导致表面化学性质单一,需要对其进行化学改性拓宽应用领域。原子转移自由基聚合法(ATRP)能够对纳米纤维素表面进行接枝改性,从而赋予纳米纤维素多样化的功能特性,是纳米纤维素高值化应用的重要方法。本文首先总结了传统ATRP法以及四种新型ATRP法在纳米纤维素表面接枝改性中的应用进展;随后介绍了ATRP法在纳米纤维素端基接枝改性中的应用进展;然后分别介绍了ATRP改性的纳米纤维素接枝共聚物在纳米复合增强、智能响应、环保和生物医疗等领域的应用研究;最后总结了ATRP法改性纳米纤维素存在的难点,并展望了未来ATRP法在纳米纤维素接枝改性领域的发展趋势。     

纳米纤维素膜疏水化改性研究进展

近些年来,以纳米纤维素为原料制备出的柔性透明薄膜,因其优异的机械性能、可再生性、生物相容性等,在新型包装材料、透明电子元器件基底等领域展现出巨大的应用价值。然而在潮湿环境下,纳米纤维素膜如何维持高的机械性能,成为其在高附加值领域应用中一个重要又易被忽视的问题。先阐述了纳米纤维素膜以及天然亲水性对其隔绝和机械性能的影响,接着从化学改性、物理吸附、共混交联三种改性方法入手,综述了近些年来纳米纤维素膜疏水改性的研究与进展,以及不同改性方式对膜材料应用性能的影响。     

硬脂酸改性纳米纤维素晶体/纳米ZnO复合材料的制备与表征

通过硫酸水解微晶纤维素法制备纳米纤维素晶体(CNC),将其与一定量的纳米氧化锌复合制得复合材料;然后使用一定量的硬脂酸对复合材料进行改性,并将所得改性后的溶胶在120℃下鼓风干燥2 h,即可得到硬脂酸改性的CNC/纳米ZnO复合疏水材料。并采用X-射线衍射仪、场发射扫描电镜、傅里叶红外光谱和接触角分析仪对复合材料的表面形貌和疏水性进行了表征及揭示。结果表明,CNC/纳米ZnO复合材料构成微/纳米双重粗糙结构,经硬脂酸表面改性后引入了憎水基团甲基,使其具备一定的疏水性能,在最优制备工艺条件下疏水角可高达到145.6°。     

疏水化水溶性纤维素衍生物

疏水化水溶性纤维素衍生物是一类既含疏水基又含亲水基的新型纤维素改性物，性能独特，应用前景广阔。综述了迄今用于其制备与表征的若干方法，包括引人长链烷基流水基、碳氟疏水基、多环芳基流水基的大分子反应制备方法和应用核磁共振、紫外光谱、裂解／气相色谱技术的表征方法；同时对其溶解、增稠、表面活性、吸附及荧光光谱等主要物性进行了简要总结。     

毛竹NFC/SiO_2气凝胶的制备和疏水改性

以毛竹为原料,高压均质法制备纳米纤丝化纤维素(NFC),再采用溶胶―凝胶法制备NFC/二氧化硅(SiO_2)气凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对其进行表征,通过改变正硅酸乙酯/无水乙醇的体积比获得样品微观形貌较佳的反应工艺条件,并采用十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液对NFC/SiO_2气凝胶进行疏水改性,用接触角测量仪测试改性NFC/SiO_2气凝胶的疏水性能。研究结果表明NFC/SiO_2气凝胶在正硅酸乙酯/无水乙醇体积比为1.25%时,二氧化硅复合效率高,且所获得的气凝胶形貌较好,二氧化硅以颗粒的形式附着在纳米纤丝化纤维素表面。改性NFC/SiO_2气凝胶接触角为132°,达到疏水状态。     

乙酸纤维素的应用及改性研究现状

随着污染问题及资源短缺问题的日益严重,乙酸纤维素作为纤维素的重要衍生物之一,具有良好的加工性能及可生物降解性能,近年来一直备受关注。本文系统介绍了乙酸纤维素在服装纺织、烟用滤嘴及膜材料等方面的应用,分析了目前乙酸纤维素应用中存在的问题。同时从共混改性、纳米及纳米复合改性、表面改性等方面对乙酸纤维素的改性技术的研究进展进行了综述,最后展望了乙酸纤维素的发展前景,指出开发简单易行能够工业化的改性技术及制备出可再生的生物降解材料研究是乙酸纤维素改性今后的主要发展方向。     

纳米纤维素晶须及其在纳米复合材料中的应用进展

在对纤维素的结构及性质进行介绍的基础上,阐述了纤维素晶须悬浊液的制备及其性质及纳米纤维素晶须在复合材料中的应用,指出研究重点应放在制备过程中尺寸可控性、晶须的有机化改性以及有机改性后在非水溶性聚合物中的应用等问题上.     

锐钛型纳米TiO2表面疏水化改性研究

采用硅烷偶联剂对锐钛型纳米TiO_2进行表面疏水化改性研究,探讨了硅烷偶联剂的种类和用量、水和乙酸的用量、反应时间和反应温度等因素对纳米TiO_2表面疏水化程度的影响,确定了较佳疏水化改性工艺。实验结果表明,最佳修饰剂为KH570;修饰后的纳米TiO_2表面上存在KH570,而且KH570与TiO_2的表面羟基发生了反应;经过表面修饰,纳米TiO_2的晶型结构未发生改变仍为锐钛型。本文在表面修饰基础上,用对苯乙烯磺酸钠对纳米TiO_2进行包覆改性,实验结果表明,经过包覆改性后的纳米TiO_2在水体系中的分散稳定性得到较大程度的提高。     

离子液体在纳米纤维素制备中的应用进展

纳米纤维素因其优异的性能和独特的结构在很多领域都受到了关注，其制备和应用已成为相关领域的研究热点。目前纳米纤维素的制备方法众多，但依然面临着较大的挑战。离子液体因其对木质纤维素优良的溶解性能及可回收性，在纳米纤维素制备中展现了较大的潜力。基于此，综述了离子液体在纳米纤维素制备方面的应用进展，重点介绍了离子液体作为预处理手段在纳米纤维素制备方面的应用现状，以及作为溶剂和催化剂直接水解制备纳米纤维素方面的研究进展，并对制备过程中离子液体的回收情况进行了简单概述。     

淀粉基包装材料疏水性改善研究进展

淀粉作为非常具有潜力的石油基塑料的替代品,其耐水性差严重限制了淀粉基包装材料的广泛应用。本文详细分析了淀粉单一改性和复合改性的特点,并介绍淀粉与疏水材料复合制备淀粉基疏水包装材料的研究情况。文章指出：提高取代度、降低生产成本、采用无毒无害的绿色溶剂是淀粉疏水改性的研究重点,协同增效的淀粉复合改性成为研究热点;解决亲水淀粉与疏水材料不相容相的界面问题是提高疏水材料共混效果的关键,对淀粉、疏水材料改性或添加增容剂是改善界面相互作用的常用方法;但合成可降解聚酯成本较高,寻找低成本的生物质材料用于改善淀粉基包装材料的疏水性潜力巨大。基于上述分析,本文指出低成本、性能优良和安全环保是未来开发淀粉基疏水包装材料的主要研究方向,对今后制备淀粉基疏水性包装材料具有一定的参考价值。     

Tensile and morphological properties of nanocrystalline cellulose and nanofibrillated cellulose reinforced PLA bionanocomposites: A review

In recent years, bionanocomposites have received growing attention in science and industry due to their renewability, biodegradability and superior mechanical properties. Nanocellulose is another promising material that use as a reinforcement filler for bionanocomposite materials due to its lightweight, high surface area, high mechanical strength, high aspect ratio and low density. Different nanocellulose loading, sources, surface modification/functionalization and properties of nanocellulose are important in the production of bionanocomposites. In general, nanocellulose reinforced PLA bionanocomposite offers enhancement in tensile strength and elastic modulus. However, only minimal nanocellulose loadings are required for optimal results due to the incompatibility between the hydrophilic nanocellulose and hydrophobic PLA. This paper reviews the sources of nanocellulose and the properties of nanocellulose with a focus on the tensile and morphological properties of PLA bionanocomposites. Applications of nanocellulose in various industries are discussed in this article. This review article provides some important information. First, this study reviewed the application of nanostructured cellulose in biodegradable polymers. There are two types of nanostructured cellulose: nanocrystalline cellulose (NCC) and nanofibrillated cellulose (NFC). Second, the status on articles published on nanocellulose and PLA/nanocellulose over the past 10 years is reported. Third, the authors of this paper implemented a holistic and critical review to provide a comprehensive understanding of the different properties between NCC and NFC, the application of nanocellulose in bionanocomposites, as well as the properties of PLA and PLA bionanocomposites. Moreover, the influence of NCC and NFC on the tensile and morphological properties of bionanocomposites is covered in this article.     

Review on Nanocellulose Polymer Nanocomposites

Recently, nanocellulosic materials have been received significant research interest as potential nanofiller for the reinforcements in the polymer matrices due to its renewable in nature, readily availability, biocompatibility, inexpensive, excellent physical properties, tailorable surface properties, etc. In this review, author attempted to provide an overview of various methods for nanocellulose reinforced polymer nanocomposites fabrications, properties of nanocellulose-based nanocomposites, and their applications. The review has been emphasized for the reinforcement of nanocellulose in various polymer matrices viz. hydrophilic, hydrophobic matrices. Nanocellulose reinforced polymer nanocomposites have huge potential in diverse applications which ranges from biomedical, packaging, electronic to environmental, water treatment fields etc.     

Development of asphalt cements for road pavement using sustainable nanomaterials: A review

In today's world, transportation infrastructure plays a vital role in global competitiveness and quality of life in societies. The pavement industry deals with tremendous amounts of construction materials. Thus, even a small improvement in the technology can lead to significant environmental benefits and a reduction in the life-cycle cost of road networks. Asphalt cement is an integral part of road pavement construction, and despite favorable properties at the processing temperature, some challenges need to be addressed to reduce cost and improve performance. This review discusses the nanocellulose modification of asphalt cement for pavement application. Three primary cellulose-based nanoparticles were studied, including bacterial cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose nanocrystals, and their applications in asphalt cement modification. Various research results show significant improvement in pavement's rheological and performance properties with the help of cellulose-based nanoparticles. However, this review provides the reader with an objective evaluation of the benefits and practical challenges ahead of the industrial-scale application of nanocellulose in the pavement industry.     

共价有机骨架材料的制备及在环境领域的应用

共价有机框架(Covalent organic frameworks,COFs)材料是一类多孔的,由共价有机结构块组成的有机高分子材料。由于COFs材料优良的性能使其在环境领域具有广泛的应用。本文对COFs材料的合成、修饰以及COFs材料及其衍生物在环境修复领域的应用进行了总结,并针对目前COFs材料在环境修复领域的研究存在的问题及未来的研究方向进行了讨论和展望。     

SEBS/PP共混材料的研究及其进展

SEBS是一种用途广泛的新型弹性体材料,在常温下具有高弹性,高温下可直接加工成型。由于SEBS具有优异的耐臭氧、耐氧化、耐紫外线和耐候性能等,因此,应用范围广于普通SBS材料。但是,SEBS耐溶剂性和耐油性较差,常通过与其他材料共混改性来增强其加工性能。文章重点概述了苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)与聚丙烯(PP)共混材料的微观结构、相容性以及结构与性能的研究进展,介绍了近年国内外SEBS/PP共混改性的研究成果,包括填充油、无机材料、PPO、PC和PA6等改性体系,并比较了这些改性技术对SEBS/PP共混体系微观结构及性能的影响,近年内,SEBS/PP共混材料的理论研究和工程应用会有长足发展。     

纳米纤维素基无机复合抗菌膜材料的研究进展

纳米纤维素作为一种高值绿色天然聚合物，因其兼具优异的机械性能、可成膜性、高透明度、可生物降解性、生物相容性好等特性，成为无机抗菌原料良好的载体或者基材，这类复合抗菌材料不仅成膜具有一定的机械强度和透明性，而且可提高无机抗菌剂的稳定性，在抗菌功能膜材料领域具有潜在的应用前景。近年来，以纳米纤维素为基体，引入无机抗菌纳米粒子制备纳米纤维素基无机复合抗菌材料成为抗菌新材料的研究热点。基于此，该文着重从纳米纤维素在复合抗菌膜材料制备中的作用与功效，综述了不同无机抗菌纳米粒子与纳米纤维素复合制备纳米纤维素基无机复合抗菌膜材料的研究进展，分析了各类纳米纤维素基无机复合抗菌膜材料的制备及应用优势，最后对纳米纤维素基复合抗菌材料的未来进行了总结和展望，以期为纳米纤维素基有机-无机复合材料的研究提供参考。