纳米纤维素制备方法的研究现状

纳米纤维素由于其生物可降解性、低密度、高机械性能和可再生性而受到广泛关注。本文主要介绍了由木材或农业/林业剩余物生产的纳米纤维素的分类及制备方法,包括制备纤维素纳米晶体的无机酸水解法和酶水解法以及有机酸水解法、固体酸水解法、离子液体法、低共熔溶剂法和美国高附加值制浆法(American value added pulping,AVAP)等新型制备方法,同时介绍了制备纤维素纳米纤丝常用的预处理法和后续机械处理法,其中预处理法主要包括氧化、酶、有机酸、高碘酸盐氧化、低共熔溶剂、离子液体和溶剂辅助等多种预处理手段。最后分析了纳米纤维素的制备方法中亟待解决的问题,并展望了纳米纤维素的广阔应用前景。     

纤维素纳米晶体虹彩膜的制备

纤维素纳米晶体（CNC）可形成具有虹彩现象的膜材料,但低强度降低了其光学应用价值。本研究以漂白阔叶木溶解浆为原料,采用硫酸法制得棒状CNC;以一级棉浆为原料,采用TEMPO氧化配合高压均质化处理制得长丝状纤维素纳米纤丝（NFC）。然后共混CNC和NFC制得具有较高抗张强度的共混虹彩膜。研究结果表明,当NFC与CNC配比为1∶1~2∶1时,NFC-CNC共混虹彩膜的抗张强度达到最佳值;且NFC-CNC共混虹彩膜的热稳定性优于纯CNC膜和纯NFC膜。     

LPMO结合硫酸水解制备纤维素纳米晶体

以棉溶解浆为原料,使用裂解性多糖单加氧酶（LPMO）预水解结合硫酸水解制备纤维素纳米晶体（CNC）,对LPMO预水解前后纤维的微观形态和制得的CNC进行了粒径、结晶度和微观形态等表征,并与仅硫酸水解制备的CNC进行对比。研究发现,采用质量分数60%硫酸水解时,经LPMO预水解得到的CNC比仅硫酸水解制备的CNC平均粒径减少22 nm,结晶度提高8.8个百分点,得率提高19.3个百分点。在LPMO预水解后,随着硫酸质量分数降低,CNC的得率和羧基与磺酸基总量减少,粒径上升,而结晶度无明显正比关系。从LPMO作用整体效果来看,预水解结合50%硫酸得到的CNC与对照组相比粒径增加9 nm,羧基和磺酸基总量略小,而结晶度提高6.4个百分点,得率提高18.4个百分点,其原子力显微镜（AFM）表征显示已达到纳米水平。故通过LPMO预水解结合50%硫酸即可制得CNC,这可降低对工业生产上设备耐酸能力的要求。但LPMO反应周期长,因此在实际工业应用中有待进一步研究。     

纤维素纳米晶体在Pickering乳液中的应用

纤维素纳米晶体（CNC）凭借其抗张强度高、热稳定性好、机械性能优越、密度低、表面多羟基结构可进一步修饰、易于功能改性等优点在稳定Pickering乳液中具有显著优势。本文首先简要概述了Pickering乳液及CNC,进而重点介绍CNC稳定的Pickering(CNC-Pickering)乳液在食品工程、生物医药、胶合材料、微胶囊材料以及界面催化等领域的应用。最后,展望了CNC-Pickering乳液未来的研究方向,以期为其进一步的应用提供参考。     

纳米纤维素制备的研究进展

近年来,资源与环境问题越来越受到人们的关注。开发利用可再生资源以替代煤、石油等化石资源成为必然的趋势。天然纤维是自然界中分布最广的可再生的生物高分子物质。由其制备得到的纳米纤维素是一种绿色、环境友好的纳米材料,具有一些独特的性能,如可再生、可生物降解及良好的机械性能等。纳米纤维素的制备研究对新型材料的发展具有重要的意义。本文介绍纳米纤维素的制备方法及研究进展。     

纳米纤维素晶体的制备方法及其在制浆造纸中的应用前景

阐述了纳米纤维素晶体的两种制备方法:无机酸水解法和纤维素酶水解法,简要介绍了它的性质,包括形状及尺寸分布、结晶度、强度、热稳定性、触变性与流变性等。总结了其在制浆造纸以及纳米复合材料中的应用情况。     

酸水解法制备纤维素纳米晶体的研究进展

基于目前纤维素纳米晶体的制备研究现状,本文综述了酸水解法制备纤维素纳米晶体的研究进展,重点介绍了传统无机酸水解法的影响因素以及其他4种新兴酸水解制备方法,包括可回收的有机酸水解法、绿色环保的固体酸水解法、高效的混合酸水解法、金属盐催化酸水解法。并指出开发金属盐催化剂是酸水解法制备纤维素纳米晶体未来发展的一个重要方向。     

漂白竹浆板制备纳米纤维素晶体及其表征

以漂白混合竹浆板为原料,采用碱预处理竹浆后,再采用磁力搅拌辅助硫酸水解并结合超声波的方法制备纳米纤维素晶体(NCC),竹浆∶硫酸为1∶31 (固液比),探讨硫酸浓度、硫酸水解时间和反应温度对竹浆NCC制备的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(TGA)对制得的竹浆NCC进行表征。结果表明,磁力搅拌辅助硫酸水解并结合超声波方法制备竹浆NCC的最佳工艺条件为:硫酸浓度65%、反应温度45℃、处理时间45 min,该条件下制得的竹浆NCC粒径小且分布均匀,其结晶结构具有从纤维素Ⅱ型转变成纤维素IVⅡ型的趋势;与竹浆纤维素相比,竹浆NCC吸水能力增强,可及度增加,热稳定性提高。     

催化和机械辅助柠檬酸水解法高得率制备纤维素纳米晶体

以漂白蔗渣浆为原料,氯化铁为催化剂,通过短时微射流辅助柠檬酸水解法高得率制备了具有高羧基含量的纤维素纳米晶体（CNC）。研究发现,氯化铁的加入明显提高了CNC的制备效率,最优条件下得率可达60.2%;同时明显减小了纤维尺寸（119～507 nm）、提高了产物表面羧基含量（1.01 mmol/g CNC）和结晶度（74.7%）;制备的CNC具有良好的耐热性和分散稳定性。此外,预处理有效降低了后续CNC制备的机械能耗,且药品回收率高于89%。     

可控制备纳米微晶纤维素

以纳米纤维素为原料,通过多尺度微观结构设计,形成具有材料梯度和结构梯度的多层次结构,制造出具有超强机械性能的纤维素基复合材料将具有巨大的潜力。制备出性能可控的纳米纤维素原料是实现纳米纤维素功能化利用的前提条件。本研究采用浓硫酸水解法,在一定范围内可控制备了具有特定尺寸的纳米微晶纤维素,在此过程中研究了浓硫酸水解时间对制备的纳米纤维素得率、磺酸基团含量及纤维素降解产物的影响。     

多羧基纤维素纳米晶的制备与性能研究

采用乙二胺四乙酸二酐（EDTAD）酯化法制备表面羧基含量及羟基取代度可控的多羧基化纤维素纳米晶（ECNC）,并通过改变酯化条件,优化实验结果;通过傅里叶变换红外光谱（FT IR）、透射电子显微镜（TEM）、电导滴定、X射线衍射（XRD）、元素分析、Zeta电位等对ECNC进行分析。结果表明,ECNC保持了CNC的形貌和结晶结构完整性,并且在水和磷酸盐（PBS）缓冲溶液中的分散性较CNC显著提高;同时,通过改变酯化反应条件可控制ECNC表面羧基含量及羟基取代度。该ECNC颗粒有望用于高性能复合纳米材料的制备及功能化纳米复合颗粒的制备中。     

超声波辅助酸法制备纳米薯渣纤维素的工艺研究

为了提高甘薯加工副产品的高值化利用,以甘薯渣纤维素为原料,应用超声波辅助酸法制备纳米薯渣纤维素。通过对超声波功率、酸体积分数、酸解温度和酸解时间4个影响因素进行单因素及正交试验,获得了纳米薯渣纤维素的最佳制备条件,并通过透射电镜和X-射线衍射对其进行进一步的分析。结果表明:纳米薯渣纤维素制备的最佳工艺参数为超声波功率120 W、酸体积分数65%、酸解温度55℃、酸解时间120 min,此条件下纳米薯渣纤维素的产率为42.85%;纳米薯渣纤维素的形态表现为不规则球状,粒径在20～40 nm范围内,并且其仍具有纤维素的晶型,结晶度有明显的提高。     

棉浆不同预处理方法制备纤维素纳晶的研究

分别以未经任何预处理棉浆、PFI磨磨浆预处理棉浆、二甲基亚砜(DMSO)预处理棉浆和质量分数为4%NaOH预处理棉浆为原料,采用酸水解法制备纤维素钠晶(Cellulose Nanocrystal,CNC),并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射图谱(XRD)、红外光谱分析(FTIR)及热重分析(TG)等方法对CNC的性能进行表征和分析。SEM分析表明,前3种方法制备的CNC为棒状粒子,长度为200～400 nm、直径为几十纳米;但NaOH预处理制备的CNC为直径在100 nm左右的球状粒子,且有明显的絮聚现象。XRD分析表明,CNC和棉浆属同一晶型,但CNC结晶度提高。FTIR分析表明,采用以上4种方法制备的CNC和棉浆具有相同官能团。TG分析表明,制备的CNC热稳定性低于棉浆,这一点在采用NaOH预处理制备的CNC上表现更明显,且该方法制备的CNC在600℃时,残留率最大(约40%),具体原因还有待进一步研究。     

纳米微晶纤维素/槲皮素复合物的制备及抗氧化和抗癌性能的研究

以纳米微晶纤维素(CNC)为载体,采用反溶剂重结晶法制备了CNC/槲皮素纳米复合物;采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等对CNC/槲皮素纳米复合物进行表征,并对纳米复合物中槲皮素的溶出性能、抗氧化活性(羟基自由基和1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)自由基的清除率)和抗癌性能(HepG2肝癌细胞,MTT比色法)进行研究。结果表明,形成CNC/槲皮素纳米复合物后,槲皮素被充分纳米化和稳定分散,由结晶态转变为无定形态;槲皮素的溶出性能得到显著提升,溶解120 min时,槲皮素的溶出度达到92. 6%(槲皮素原料溶解120 min时的溶出度仅为4. 7%);体外抗氧化活性和HepG2细胞毒性研究表明,形成CNC/槲皮素纳米复合物后,槲皮素的羟基自由基和DPPH自由基清除率得到显著提高,抗癌效果得到明显改善。     

旧报纸基含木质素CNC和CNF的综合制备与表征

本研究以旧报纸为原料,采用硫酸水解法制备了含木质素纤维素纳米晶体（LCNC）,随后利用超声辅助球磨法将酸解沉淀的木质纤维素固体残渣（LCSR）解纤成含木质素纤维素纳米纤丝（LCNF）,实现了LCNC和LCNF的综合制备,综合产率高达85%以上。采用多种手段对LCNC和LCNF样品的结构特性进行分析表征。结果表明,LCNC呈棒状晶体结构,LCNF呈长丝状结构,木质素以球状颗粒存在于LCNC和LCNF中。LCNC平均长度和宽度分别为143.6和24.8 nm,LCNF的平均直径为16.2 nm。X射线衍射仪（XRD）结果显示LCNC和LCNF均保留纤维素I型结构,且木质素含量越高,其结晶度越低。同时,木质素本身的高疏水性和热稳定性使得木质素含量大的LCNC和LCNF具有更好的疏水性和热稳定性。     

Cellulose Paper-based Strapping Products for Green/Sustainable Packaging Needs

Paper products such as corrugated paperboards are the most common green packaging materials, which are renewable, sustainable, recyclable and biodegradable. However, the plastic or metal straps used to secure the carton boxes are not so green. At the end of packaging, the carton boxes can be recycled, but the plastic/metal straps have to be sorted out for disposal separately. This review focuses on: 1) the global trend of green packaging; 2) conventional plastic/metal strapping materials for carton boxes; 3) conventional market pulp baling with steel wire as the tying materials; 4) cellulose fiber-based materials for strapping market pulp bales and carton boxes. New generation of cellulose paper straps are being developed for more challenging applications with superior strength properties and repulpability.     

纤维素纳米晶荧光探针的制备及其对Fe3+荧光传感检测

将纤维素纳米晶(CNC)与N-(4-氨基苯基)-4-(N,N-二甲基乙二胺基)-1,8-萘酰亚胺(EADANI)进行共价键结合,制备得到纤维素纳米晶荧光探针(FCNC),并应用于Fe³⁺的荧光传感检测。结果表明,由于表面羧基和羟基的存在,FCNC具有较好的水分散性,在水溶液中呈现良好的黄色荧光发射性能;Fe³⁺对FCNC具有荧光增强效果,荧光增强因子达9.5,同时在竞争性离子存在情况下,FCNC表现出良好的选择性。     

纤维素纳米晶体改性及应用研究进展

纤维素在水中分散性和机械强度较差等性质阻碍了其进一步应用。近年来,已有众多研究通过改性对其进行优化。本文对纤维素纳米晶体主要改性方法进行归纳总结,并对其在纳米填料、柔性传感及智能包装等领域的应用进行了详细介绍,展望了改性纤维素纳米晶体未来的发展方向。     

Preparation and Properties of Cellulose/Tamarind Nut Powder Green Composites

Using biopolymer cellulose as the matrix and tamarind nut powder (TNP) obtained from agricultural waste of tamarind nuts as the filler, the green composites were made. Cellulose was dissolved in environmental friendly solvent of aq. 8 wt. % Lithium hydroxide and 15 wt. % urea which was precooled to ?12 ° C. To the cellulose solutions, TNP was added in 5 wt. % to 25 wt. % of cellulose separately. Each solution was evenly spread on glass plates and the wet composites were prepared by regeneration method using ethyl alcohol coagulation bath. The wet films were dried in air at room temperature. The dried composite films were characterized by FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and also tested for their tensile properties. The tensile strength and the % elongation at break of the composites were higher than those of the matrix and increased with TNP content. While the matrix had a tensile strength of 111.8 MPa, the cellulose/TNP composite loaded with 25 wt.% TNP possessed a tensile strength of 125.4 MPa (12% increase). Though the thermal stability of the composites was lower than cellulose matrix, all the composites were stable up to a temperature of 350 °C.     

Review on Cellulose Nanocrystal Assembly for Optical Applications

Cellulose nanocrystals (CNCs) can self-assemble in suspension to form chiral cholesteric structure of liquid crystal with unique birefringence phenomena, and the structural parameters strongly depend upon the aspect ratio, surface structure, and physicochemical properties of CNC, along with suspension media. Many attempts have been carried out to keep this cholesteric structure in solid state via removing solvent, such as slower solvent-evaporation, rapid vacuum-filtration, and spin-casting under centrifugal force. The solid-state iridescence of the cholesteric CNC arrays has been used as structural color, and showed a great potential for the coding and securing of optical information. Moreover, to promote practical applications of such structural iridescence, the cholesteric CNC arrays have been embedded into many kinds of substrates via in-situ reaction of monomers or physical blending with polymers. However, this kind of structural iridescences may lead to misreading information. The uniaxial-orientation assembly of CNC has thus been proposed via regulating external force fields of CNC self-assembly, and successfully achieved nanoparticle assembly-induced solid-state monochrome emission based on enhanced inelastic collision theory of CNC dipoles and photons. This method can eliminate the chiral arrangement of CNC and the corresponding iridescence, and the structural monochromaticity can contribute to enhancing the accuracy of optical information. Overall, the CNC can be controllably assembled as the ordered arrays in solid state and presented structural color, and support optical anti-counterfeiting strategies different from the fluorescent technologies.