纳米纤维素材料在功能膜材料中的应用研究进展

功能(薄)膜材料是具有光电、磁性、吸附、分离、刺激响应等性能的一类产品,有十分广阔的市场需求和应用前景.然而功能膜的原料多以不可再生的石油资源为原料,这一缺点限制了其发展和应用前景,因此迫切需要开发具有绿色可再生特点的替代品以满足其发展需求.纳米纤维素材料(包括通过化学方法对其进行修饰的纳米纤维素衍生物)是随着纳米技术的发展应运而生的最有潜力的绿色可再生材料之一,在提高功能膜材料性能和促进其可持续发展中扮演着重要的角色.纳米纤维素材料目前在食品工业、水处理行业、新能源领域、电池制造等产业的功能膜中应用广泛.其在这些功能膜中的作用和优势主要体现在以下几方面:首先,具有高结晶度、比表面积和机械强度的纳米纤维素材料通常被当作纳米填料与功能膜基体混合,以起到增强力学性能的作用,根据需求还可以使用不同尺寸、不同形貌或不同表面改性的纳米纤维素材料以提高其与基体的结合强度,从而帮助功能膜达到理想的力学性能.其次,纳米纤维素材料由于本身具有良好的成膜性,可作为功能膜的基体材料.除了单独成膜外,纳米纤维素材料也可以与其他材料复合成膜,尤其可以和其他生物质材料制成表面平滑、阻隔性能良好的生物膜材料,在包装膜应用领域有着极大的潜力.再者,纳米纤维素的高吸水性、溶胀性和一定的吸附性能对需要一定液体的润湿性功能膜(如超滤膜)性能的改善有很大的帮助.最后,纳米纤维素材料由于稳定的结构、表面改性的多样性以及良好的生物相容性的优点,可以作为良好的载体材料及骨架材料与具有特殊功能性(如光电、磁性、响应性等)的材料结合,制备具有应用价值的功能膜材料,使得纳米纤维素材料在导电膜、电池隔膜和其他功能膜中发挥越来越重要的作用.相较于传统功能膜材料,纳米纤维素材料的引入将会为功能膜在提高性能、降低成本、增加生物相容性和促进绿色环保方面带来新的活力和生机.基于此,本文在大量文献的基础上,总结了纳米纤维素材料在包装膜、超滤膜、导电膜、电池隔膜和其他功能膜材料中的应用研究进展,分析了纳米纤维素材料在不同功能膜中的作用机理和应用优势,对纳米纤维素材料在功能膜材料中的进一步应用进行了展望.     

纳米纤维素改性制备重金属离子吸附剂研究进展

随着化工行业的发展,重金属离子污染日益加剧,严重威胁人体健康和生态安全。纳米纤维素作为一种含量丰富的可再生纤维素材料,具有优异的机械性能、高比表面积以及化学可修饰性等优点,在吸附领域应用前景广泛。综述了纳米纤维素及其吸附剂的制备方法,主要有直接改性和接枝改性等。同时也介绍了其在重金属离子吸附方面的应用进展。指出了纳米纤维素基重金属离子吸附剂存在的问题,并展望了纳米纤维素吸附剂可行的改性方向。     

改性纳米纤维素对聚乳酸热降解动力学行为影响研究

采用硅烷偶联剂(KH-570)对纳米纤维素进行表面硅烷化改性,通过溶液浇筑法制备了硅烷化纳米纤维素/聚乳酸复合膜材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)分析了硅烷化纳米纤维素的化学结构、微观形貌、聚乳酸基体中的分散情况和不同升温速率下聚乳酸复合材料的热降解行为机制。结果表明,硅烷化改性成功发生在纳米纤维素的表面,且在聚乳酸基体中分散性好。通过CR和IKR模型分析得出改性前后纳米纤维素对聚乳酸材料表现出不同的热降解机制。     

纳米材料对阔叶纤维素包装膜性能影响的研究

采用NMMO法,以阔叶纤维素为原料制备纤维素膜,通过向铸膜液中添加经硅烷偶联剂KH-550改性的纳米SiO2,钛酸酯偶联剂改性的CaCO3以及载银TiO2材料制备纳米／纤维素复合膜。对制备纳米／纤维素复合膜微观结构采用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）进行了表征,并结合力学性能和透氧性能测试分析了纳米材料结构和含量对膜综合性能的影响。结果表明：纳米材料的加入可以改善NMMO法纤维素膜的透氧性能,当改性纳米SiO2、改性纳米CaCO3和载银TiO2添加质量分数分别为2％、1％和1．5％时制备的纤维素纳米复合薄膜的综合性能达到最优。     

纳米纤维素材料在重金属废水治理中的应用

纤维素是自然界中来源最广泛的天然高分子材料,近年来引起了能源、环境和材料等领域研究者的广泛关注。结合可再生生物质材料与纳米科技制备的纳米纤维素基重金属吸附材料具有可降解、可再生、环境相容性好、吸附量大、可选择性吸附等优势,是重金属治理技术重要的研究方向。然而,天然纳米纤维素在水体中会存在大量由羟基形成的氢键,导致材料的吸附容量降低、特异性吸附能力削弱。为此,一方面可以在制备纳米纤维素吸附材料时通过化学改性、酶化处理等手段引入活性基团或金属氧化物,提高材料分散性、特异性吸附性能和吸附容量等。另一方面,可将纳米纤维素与天然矿物、有机材料、氧化石墨烯等复合,制备高性能复合材料。纳米纤维素材料的化学改性研究相对成熟,但是酶法处理研究仍然处于起步阶段,目前有限的研究主要关注特定酶处理的反应进程及产物,缺乏多重适应性和工程应用性分析。在实际应用中,纳米纤维素除了直接制备粉末吸附剂外,往往制备成凝胶材料、杂化或复合材料等,或者进一步加工成纳滤膜、滤纸和过滤器等净水材料。基于此,本文从制备技术、吸附机理、改性强化和应用形式等角度简要介绍纳米纤维素基重金属吸附材料的最新研究进展,重点讨论纳米纤维素吸附材...     

花生壳纳米纤维素超疏水气凝胶的制备及在棉织物上的应用

以花生壳粉为原料,通过化学机械法从中提取纳米纤维素,采用溶胶-凝胶法,在花生壳纳米纤维素悬浮液中加入甲基三甲氧基硅烷以对其进行改性,并采用冷冻干燥法最终制备了纳米纤维素超疏水气凝胶.将通过喷涂的方法使纳米纤维素超疏水气凝胶和聚二甲基硅氧烷(PDMS)整理到棉织物上,分别对超疏水气凝胶和超疏水棉织物进行分析和表征.结果表...     

纳米纤维素在可降解包装材料中的应用

目的综述纳米纤维素在可降解包装材料中的应用研究。方法总结国内外纳米纤维素在包装领域的最新研究,简述纳米纤维素的制备方法与特性,详细介绍纳米纤维素在生物质薄膜材料、生物质发泡材料、缓释抗菌材料和纸张中的应用研究,以及纳米纤维素功能性材料在包装中的研究进展,并讨论纳米纤维素应用在食品包装中的安全问题。结果纳米纤维素性能优异、绿色环保,作为可降解包装材料的增强成分可以提高复合材料的力学性能和阻隔性能,并可赋予材料特殊的功能。结论纳米纤维素在包装领域有着巨大的应用潜力,利用农作物及其剩余物制备纳米纤维素拥有广阔的发展前景。     

共轭导电高分子/纳米纤维素复合材料研究进展

以纳米纤维素为基体材料、共轭导电高分子为功能材料,制备的共轭导电高分子/纳米纤维素复合材料兼具共轭导电高分子良好的导电性能以及纳米纤维素易改性、易成膜、可降解等优良特性,由此而拓宽了二者的开发与应用范围,并促进了导电高分子复合材料的发展。综述了几种典型的共轭导电高分子/纳米纤维素复合材料的研究进展,介绍了聚苯胺/纳米纤维素复合材料、聚吡咯/纳米纤维素复合材料和聚噻吩/纳米纤维素复合材料的制备及应用。     

纳米纤维素的制备及其在包装中的应用研究

纤维素是地球上最丰富的可再生天然物质,纳米纤维素(Nanofibers cellulose,NFC)是从天然纤维素中提取出来的纳米级高分子材料,具有优良的机械性能、光学性能和生物降解性能。本文综述了国内外纳米纤维素的制备方法,总结了纳米纤维素作为一种新型环保材料在包装行业中的应用。     

纤维素纳米晶改性及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性，然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5%CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明：加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料，断面比纯EP膜更加粗糙，裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低，T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小，K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大，K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比，其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。     

纤维素纳米晶体增强生物塑料复合材料的研究进展

采用天然纤维素制备的纤维素纳米晶体具有高强度、高模量和可降解等物理性能而被广泛的作为生物降解塑料的增强材料。根据目前国内外研究现状,本文综述了可降解生物塑料的种类及纤维素纳米晶体的制备方法,概述了纤维素纳米晶体/生物塑料复合材料的界面改性方法,并对纳米纤维素晶体对复合材料的性能的影响进行了总结。     

纳米材料改性聚磷酸铵在聚合物阻燃中的应用研究进展

综述了纳米材料改性聚磷酸铵(APP)的方法及其在聚合物材料中的协同阻燃作用。重点讨论了纳米二氧化硅(SiO2)、纳米碳酸钙(CaCO3)、海泡石、碳纳米管、纳米纤维素、纳米蒙脱土和可膨胀石墨改性APP协同阻燃聚合物材料方面取得的研究成果。提出了纳米材料改性APP在阻燃应用中存在的一些问题。     

纳米纤维素的改性与应用

纳米纤维素是一种新型的纳米生物材料,具有相当广阔的应用前景。本文简述了纳米纤维素的定义和分类,分析了其物理特性,重点介绍了纳米纤维素的改性方法,最后综述了纳米纤维素在生物医学、食品、造纸等多个领域中的应用。     

纳米SiO2改性可生物降解材料研究进展

纳米SiO2无毒,无味,无污染,具有优异的纳米特性,与高分子聚合物具有良好的相容性,被广泛应用于改善可生物降解材料性能等领域。综述了纳米SiO2的分散稳定性能,以及纳米SiO2改性聚乳酸、聚乙烯醇等合成型生物降解材料与淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白质、木质素等天然高分子材料的研究进展,并从降低价格及增强性能方面,对其改性可生物降解材料替代某些通用塑料的应用前景进行了展望。     

纤维素和壳聚糖共混吸水材料的研究与发展

共混是提高材料性能的一种有效、方便的方法,结合近年来关于吸水材料的发展,综述了国内外关于纤维素/壳聚糖共混吸水材料的分类和制备工艺。介绍了其共混的种类有纤维素/壳聚糖共混体系、改性纤维素/壳聚糖共混体系、纤维素/改性壳聚糖共混体系、改性纤维素/改性壳聚糖共混体系。还从物理法和化学法两个方面综述了纤维素/壳聚糖共混吸水材料的制备。     

半纤维素包装薄膜材料的研究进展

目的 综述了近几年来有关半纤维素改性、材料制备及其应用方面的研究,以期为半纤维素基薄膜材料的进一步开发与应用提供参考。方法 通过收集与整理相关文献,阐述半纤维素的结构特点和分离提取方法,综述近些年来关于半纤维素包装薄膜材料的研究进展,并对比分析物理改性与化学改性2种改性方法对半纤维素薄膜材料包括阻隔性能、力学性能等的调控。结论 对半纤维素进行物理或者化学改性,在保留原有优势性能的同时赋予半纤维素薄膜材料更好的机械强度、柔韧性、热稳定性以及疏水性等性能,符合半纤维素高值化利用新趋势。     

细菌纤维素在包装领域的研究进展

目的 将来源于自然的细菌纤维素作为包装材料应用于包装领域,以取代传统的塑料包装材料.方法 综述近几年细菌纤维素在包装领域的研究与应用现状,介绍细菌纤维素的基本培育过程、改性技术和制备方法,阐述细菌纤维素在包装领域的研究与应用.结果 细菌纤维素通过层层组装、聚合、联接等方式,可与多种聚合物高效复合,形成不同微观尺寸和结构特性的纤维素基多孔复合材料,从而改善其力学性能和物理性能,并可调控其阻隔性能和抗菌灭菌性能.常用细菌纤维模式为纳米细菌纤维和纳米细菌晶须.结论 细菌纤维素材料及其复合材料完全可以替代塑料用于包装领域,在食品包装和智能包装上的研究和应用前景较大.     

纳米纤维素/生物塑料界面改性方法及其研究进展

纳米纤维素与生物塑料的界面相容性是影响复合材料性能的重要因素,因此,改善两者界面相容性也逐渐成为当前研究的热点。根据近年来其发展历程,综述了生物塑料和纳米纤维素的改性方法,详细介绍了纳米纤维素与聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等生物可降解生物塑料复合材料的界面改性研究进展,并对纳米纤维素/生物塑料复合材料的发展进行了展望。     

改性纳米纤维素/玉米醇溶蛋白可食膜的制备及性能研究

目的 赋予纳米纤维素抗菌性，提高其在食品保鲜中的应用价值。方法 以2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)氧化的纤维素纳米纤丝(TOCNF)为原料，利用没食子酸(GA)对TOCNF进行改性，获得改性后的纤维素纳米纤丝(GA-TOCNF)，并将其与玉米醇溶蛋白(Zein)共混制备可食性薄膜，探究GA-TOCNF和Zein不同比例对所制薄膜性能的影响。结果 当GA-TOCNF与Zein溶液的体积比为1∶2时，制备的没食子酸改性纳米纤维素/玉米醇溶蛋白复合膜(GA-TOCNF/Zein)的拉伸强度为9.04 MPa，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为11.95 mm和13.1 mm。与不添加GA-TOCNF的薄膜相比，GA-TOCNF/Zein的拉伸强度提高了1.89倍。结论 综合评价圣女果质量损失率、可溶性固形物和感官评价等指标可得，玉米醇溶蛋白基复合膜对圣女果的涂膜保藏效果优于不涂膜对照组的保藏效果。     

纳米纤维素的光电子性能及器件应用综述

纳米纤维素是一种近年来发展迅猛的具有胶体活性的材料，它具有携带可控电荷基团、化学活性高、光学活性高、质量轻、价格低及环境友好等特点，正在快速占领导电材料、显示器、传感器、晶体管、射频器件、发电机、发光二极管等光电子器件及关键材料领域的重要地位。目前，纳米纤维素在光电子材料器件的应用依然存在不少挑战，且纳米纤维素的光电子性能及其器件也未见报道。诸多科学问题和技术难点包括如何从纤维素出发赋予该种光电子新材料性能（胶体颗粒维度、化学基团、亲水性）、如何满足光电子器件结构加工对材料性能的要求、如何明确材料物理化学性质与器件制备的关联机制等需要总结和讨论。本文简单介绍了具有代表性的几种纳米纤维素的制备和特性，着重介绍了纳米纤维素的光电子特性，如光学透过性、光学干涉、散射、液晶手性特性等，列举和讨论了纳米纤维素在太阳能电池基板、智能响应反射涂层、光纤等领域的应用和存在的问题。本文有助于建立纳米纤维素关于制备、微观形貌特征、胶体颗粒尺度效应、关键物化特性和光电子器件性能之间的逻辑关系，可确定构建纳米纤维素相关的新器件结构的设计准则和理论根据，还可为纳米纤维素在乳液、薄膜、模板材料、储能器、电极、纸电...