纳米纤维素纤维凝胶特性及其应用

纳米纤维素纤维在水溶液中可以通过物理缠绕以及氢键结合的方式形成具有稳定三维网络结构的水凝胶。纳米纤维素水凝胶具有无毒性及良好的生物相容性,在生命科学领域应用前景广阔。而纳米纤维素气凝胶保持凝胶的三维网络结构,其高比表面积、低密度及优异的隔热性能等在建筑、能源电子器件、油水分离等领域也同样有着巨大的应用潜力。本文从纳米纤维素基本特性、纳米纤维素水凝胶、纳米纤维气凝胶研究及应用情况进行了介绍,并分别对纳米纤维素水凝胶与气凝胶的优异性能及应用进展进行了总结。     

甲基纤维素对乙酰化纳米纤维素凝胶化行为的影响

通过以甲基纤维素(MC)与乙酰化纳米纤维素(ACNF)复合制备水凝胶,利用傅里叶红外光谱、流变仪、激光共聚焦显微镜等考察了MC与ACNF分子间作用力以及不同相对分子质量MC在ACNF临界凝胶质量分数附近对复合水凝胶微观结构与动态流变性质的影响。结果表明,复合凝胶通过氢键、范德华力及疏水作用等形成网络结构,ACNF临界凝胶质量分数为2%～3%;当ACNF质量分数为2%时,MC能提供更多的交联点促进凝胶三维网络结构的形成(桥连作用),表现为黏弹性模量与线性黏弹性区应变值均随着MC相对分子质量的增加而增加;当ACNF质量分数为3%时,MC能强化已有凝胶网络结构特征(填充作用),表现为黏弹性模量随着MC相对分子质量的增加而增加、线性黏弹性区应变值几乎保持不变。温度升高会改变体系氢键与疏水作用的占比,从而改变复合凝胶的流变性能。     

蔗渣浆制备纳米纤维素及其气凝胶的研究

以蔗渣浆为原料,通过2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMPO)催化氧化后,超声波处理制备纳米纤维素(NCC),再经冷冻干燥制备了纤维素气凝胶。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对NCC及其气凝胶形态和结构等进行了研究。TEM显示超声波作用30 min得到的NCC长度为100~400 nm,直径为20 nm左右;XRD显示氧化后NCC晶型仍为纤维素Ⅰ型;TG显示NCC相对蔗渣原料热稳定性降低;SEM显示NCC水悬浊液中,NCC质量分数为0.1%时,冷冻干燥得到的纤维素气凝胶为三维网状结构,NCC质量分数大于0.1%时,纤维素气凝胶为"蜂窝状"多孔结构。     

酸法制备纳米纤维素特性及其气凝胶的制备

以微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)为原料通过硫酸水解制得纳米纤维素(nanocrystalline cellulose,NCC),采用透射电子显微镜(TEM)、马尔文粒径仪、X-射线衍射仪(XRD)和傅利叶红外光谱仪(FI-TR)对所制备的NCC的微观形貌、谱学性能及晶型结构进行表征分析。结果表明:制备的NCC呈梭形短棒状,直径集中分布在20~40 nm之间,长度多分布200~300 nm之间;其傅立叶红外波普图与MCC谱图相似,NCC晶型仍然保持纤维素Ⅰ型结构,其相对结晶度略有提高,为90.57%。并以制得的NCC为原料,采用物理凝胶法成型,经乙醇置换后,通过超临界CO_2干燥法制备纳米纤维素气凝胶。通过描电子显微镜(SEM)、全自动比表面积与孔隙度分析和傅利叶红外光谱仪(FI-TR)对制备的纳米纤维素气凝胶微观形貌、比表面积、孔径分布以及普学性能进行表征分析。结果表明:制备的纳米纤维素气凝胶晶型结构不变,且具有丰富的三维网络结构,其孔隙以中孔为主,微孔与大孔兼而有之,比表面积可达308.422 9 m~2/g,平均孔径为8.21 nm。     

纤维素纳米晶的乙酰化修饰研究

通过乙酸酐对纤维素纳米晶进行表面化学修饰,得到乙酰化的纤维素纳米晶(ACN)。用XRD、FTIR以及溶解性探讨乙酰化的纤维素纳米晶的结晶性、表面官能团以及在水及有机溶剂中的溶解性。     

从Lyocell纤维制备纳米纤维素

介绍了利用Lyocell纤维结构上的特点制备纳米纤维素的研究。包括以Lyocell纤维为原料,在机械外力作用下制备纳米纤维;在酸和氧化物作用下制备纳米球;以Lyocell凝胶为原料制备纳米球。     

一步法制备乙酰化纳米纤维素及其性能表征

采用机械力化学方法,在4-二甲氨基吡啶(DMAP)催化下一步法制备乙酰化纳米纤维素(A-NCC)。通过单因素研究方法,对影响A-NCC得率的DMAP用量、球磨时间、反应温度、超声时间、反应时间等因素进行探讨及分析。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(TGA)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光子能谱分析(XPS)等对所制备A-NCC的形貌、热稳定性和谱学性能进行分析表征,采用滴定法测量表面羟基的取代度。结果表明:机械力化学法制备的A-NCC呈细长状,直径约为10～30nm,长度约为200～750nm,结晶度为76%,取代度(DS)在0.125～0.214之间;TGA分析表明,A-NCC热分解温度为311℃,低于竹浆。采用机械力化学法制备乙酰化纳米纤维素具有工艺简便、绿色环保的优点。     

纤维素纳米纤维可控制备及其宏观组装研究取得进展

正纤维素是自然界中广泛存在的一种天然的可更新聚合物资源,它广泛存在于木材、棉、非木质纤维、部分原生动物以及植物基体中。纤维素纳米纤维,又称纤维素纳米晶,是一类从动植物组织中提取分离出来的、尺度在纳米范围(长度数百纳米,直径5～50 nm)内的天然有机高分子纳米材料,它具有来源广、可再生、生物可降解、机械性好、易于功能化等特点。因此,纤维素纳米纤维在医药、组织工程、超滤复合膜、纳米增强等     

芳纶复合纳米纤维气凝胶的制备及其性能研究

将SiO2纳米粒子加入到由去质子化方法制备的芳纶纳米纤维分散液中,制备芳纶复合纳米纤维气凝胶.通过一系列表征测试,分析了无机纳米粒子添加的芳纶复合气凝胶的力学性能、热性能和燃烧性能.试验结果表明:制得的复合纳米气凝胶的密度为5.6 mg/cm3,在80％压缩应变下可承受280 kPa的应力,并且具备低导热系数[27.0...     

乙酰化纳米纤维素/HDPE复合材料的制备与表征

采用高密度聚乙烯(HDPE)为基体,乙酰化纳米纤维素(ACNF)为增强填料,经过密炼、造粒后,由注塑机注塑成型制备出复合材料,研究了ACNF的添加量(0.3、0.5、0.7 g)对ACNF/HDPE复合材料性能的影响,并进行了表征。结构表明,改性之后的纳米纤维素结晶晶型无明显变化,但衍射峰的强度小幅度上升。随着ACNF含量的增加,复合材料的拉伸强度呈现不断上升的趋势,当ACNF添加量为0.7时,达最大值,为31.5 MPa,比纯HDPE提高了16.6%。SEM结果表明,随着ACNF的增加,复合材料的断面变得粗糙,界面结合性得到改善。当ACNF添加量为0.7时,界面结合性最高,同时,添加ACNF复合材料的储能模量变大、热稳定性得到了提高。     

AAO模板法制备纤维素纳米纤维

研究了以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板,采用抽滤法首次制备直径为35nm的纤维素纳米纤维。孔径为300nm的AAO模板采用二步阳极氧化法制备。纤维素溶解在氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶液中,通过抽滤将纤维素溶液注入AAO模板的纳米孔洞中,除去溶剂和AAO模板后得到纤维素纳米纤维。制得的纤维素纳米纤维呈阵列结构排列,在胶粘剂、疏水材料等领域具有潜在的应用价值。     

纳米芳纶增强聚酰亚胺气凝胶纤维的制备及其性能研究

以3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐和1,4-二氨基苯二胺共聚制备聚酰胺酸盐前驱体溶液,通过湿法纺丝,然后经过超临界二氧化碳干燥和热亚胺化处理制得纳米芳纶(ANFs)增强聚酰亚胺(PI)气凝胶纤维(简称PI/ANFs气凝胶纤维),研究了气凝胶纤维的结构与性能.结果表明:傅里叶变换红外光谱和X射线衍射光谱表征所制备的PI...     

再生纤维素基复合纳米纤维膜的制备及其应用

采用静电纺丝技术和化学改性制备聚氨酯(PU)-偕胺肟聚丙烯腈(AOPAN)-再生纤维素(RC)复合纳米纤维膜,将其作为分离膜构建动态分离系统,并测定其对Fe~(3+)的动态吸附性能。结果表明,在液柱高度8 cm、膜层数5、Fe~(3+)的质量浓度5 mg/L的条件下,动态吸附率最高可达100%,溶液体积流量为4.60 m L/min;当Fe~(3+)的质量浓度为300 mg/L时,动态吸附数据符合Thomas和Yoon-Nelson动态吸附模型,平衡吸附量分别为117.0 mg/g和113.3mg/g。通过对复合纳米纤维膜的扫描电镜、红外光谱及拉伸力学测试表征发现,加入PU后,其断裂强力和断裂伸长率均有所提升,同时具有良好的力学性能和稳定的微观形态。     

纤维素纳米纤维负载氧化亚铜的制备及性能研究

以木醋杆菌为菌种,在30℃下静态培养得到纤维素纳米纤维构建的网状薄膜,浸泡在硫酸铜溶液后,经葡萄糖还原产生的氧化亚铜跟纤维素纳米纤维紧密结合,制得纤维素纳米纤维负载氧化亚铜;分析了氧化亚铜和纤维素纳米纤维的微观结构、纤维素纳米纤维负载氧化亚铜的含量以及纤维素纳米纤维负载氧化亚铜对亚甲基蓝的降解效果。结果表明:纤维素纳米纤维直径为40~80nm,在70℃下,葡萄糖还原硫酸铜只产生氧化亚铜,没有其他杂质;在太阳光照射120 min后,纤维素纳米纤维负载氧化亚铜和氧化亚铜粉末对亚甲基蓝的降解率分别达到85%和76%。     

基于细菌纤维素纳米纤维构建的高吸水性凝胶的研究

以可降解的细菌纤维素纳米纤维（Bacterialcellulosenanofiber,简称BCN）为骨架材料,丙烯酸经热引发自由基聚合方式在BCN上的形成复合水凝胶,探讨了BCN用量对水凝胶的性能影响。在此基础上,改变干燥方式对水凝胶干燥,制备出多孔型水凝胶材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪及热重分析仪对水凝胶进行表征,并结合水凝胶材料的吸水与保水性能的测试结果,探究水凝胶结构与性能间关系。结果表明：丙烯酸溶液中添加2.5%的BCN,聚合得水凝胶,经真空冷冻干燥形成的材料（hy-L-2）,在25℃条件下浸泡48 h,吸水率可达32.82 g/g,较自然干燥的材料（hy-H-2）的吸水率提高了2.47倍。并且hy-L-2在25℃、相对湿度50%的条件下放置6 h,其保水率仍高达93.44%。     

纤维素纳米纤维的生产及其应用

纳米纤维是拉伸纤维素链的半结晶纤维束,它们的热膨胀率像石英一样低,而其强度则是钢的5倍。考虑到石油储量枯竭和地球的环保问题,所以,新开发的纤维素纳米纤维及其应用已经受到了人们的高度关注。文中概述了用植物资源生产纳米纤维的研究工作,及其在聚合物复合材料中的应用。     

纤维素氨基甲酸酯法再生纤维素纤维的制备及其性能研究

使用棉浆粕和尿素作为原料,在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中通过液固相法制备纤维素氨基甲酸酯(CC)。将CC溶解在NaOH水溶液中通过湿法纺丝在常规粘胶长丝装置上成功纺制出再生纤维素纤维(CC纤维)。CC纤维的结构和性能通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和染料测试来表征。结果表明CC可快速溶解于浓度为9%NaOH溶液中;CC纤维有着光滑的表面和近似圆形的横截面,CC纤维表现出典型的纤维素Ⅱ型晶体结构,CC纤维的抗张强度为1.4c N/dtex,断裂伸长率为6.8%。与粘胶纤维和莱赛尔纤维相比,CC纤维显示出优异的染色性能。CC法制备再生维素纤维是一种简单环保的纺丝方法,为替代粘胶纤维提供了一种具有巨大潜力的可能。     

水镁石纳米纤维制备及其纳米复合材料研究

采用表面化学作用与超细粉碎相结合的技术方法，将天然纤维水镁石剥分为纤维直径小于100nm的水镁石纳米纤维。试验探讨了分散剂种类与用量、磨矿工艺条件等对制备纳米纤维品质的影响。通过合适的表面处理，可将水镁石纳米纤维均匀分散在有机高分子树脂(EVA，PP)基料中，提高材料制品的力学性能指标。对水镁石纳米纤维／有机高分子树脂复合材料显微结构特征进行了表观分析。     

纳米纤维素复合相变储能气凝胶制备进展

超轻质材料气凝胶具有超低密度、高比表面积等性能,是高分子材料领域的研究热点之一.综述了纤维素气凝胶的制备、纤维素复合相变储能材料的制备等.纳米纤维素特殊的物性及其模板效应,以纳米纤维素为软模板,自组装制备纳米纤维素复合相变储能气凝胶.探讨了纳米纤维素复合相变储能气凝胶的应用趋势.     

原位细菌合成纤维素/壳聚糖纳米纤维凝胶膜

为了改善天然纳米细菌纤维素(BNC)的生物医用特性,同时保留BNC与生俱来的纳米纤维网络结构,研究采用了原位静置培养细菌合成法,在培养基添加溶解壳聚糖(CS),拟在BNC纳米纤维合成时复合CS,从而获得CS/BNC纳米纤维复合凝胶膜。研究了对影响培养基中CS的溶解以及影响木葡糖酸醋杆菌原位合成的主要因素(包括CS浓度、溶解CS的酸种类、pH值以及含CS培养基的灭菌工艺等)。结果表明,共灭菌的乙酸CS培养基的原位合成能够较好地实现CS/BNC的原位复合构想,并且该培养基所获得的CS/BNC复合凝胶中,CS成功掺杂入纳米纤维的内部,并能在碱煮纯化条件下仍能稳定存在,CS含量可达干重的35%~48%。