纤维素纳米晶结构色薄膜的制备及其性能研究

目的研究3种不同原材料(桉木漂白硫酸盐浆、长绒棉和短绒棉)制备纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystals,CNC)薄膜的适合工艺条件及其性能变化规律,为CNC结构色防伪薄膜的研究提供参考。方法3种不同原材料在各自合适的水解条件下,通过硫酸水解制备CNC悬浮液,测定其粒径及Zeta电位、CNC颗粒的微观形貌。采用蒸发干燥自组装法形成CNC薄膜,测定薄膜的化学结构及晶型、微观结构、力学性能、偏光性能和最大反射波长。结果3种不同原材料制备的CNC悬浮液稳定性均较好,均保留了纤维素特有的官能团和天然Iβ晶型。随着酸水解时间的增加,CNC粒径均逐渐减小,长径比均为15左右;桉木漂白硫酸盐浆制备的CNC的结晶度低于短绒棉、长绒棉所制的CNC,其制备的CNC薄膜的柔韧性和抗拉强度优于短绒棉、长绒棉所制的薄膜。3种原材料所制CNC薄膜截面均具有胆甾相液晶层状结构,在偏光显微镜下薄膜均具有双折射效应;酸水解时间的增加使得CNC薄膜的螺距逐渐减小,最大反射波长也逐渐减小,薄膜的颜色均发生蓝移;与短绒棉、长绒棉制备的CNC薄膜相比,桉木漂白硫酸盐浆制备的CNC薄膜双折射特性较弱。结论原材料类型和水解时间对制备的CNC的粒径、结晶度、双折射等特性均产生影响。随着水解时间的增加,CNC薄膜螺距逐渐减小,可在一定范围内调控纤维素纳米晶薄膜的反射波长,从而达到了调节纤维素纳米晶薄膜结构色的目的。纤维素纳米晶材料后期有望应用于防伪包装领域。

纤维素纳米晶在防伪中的最新研究进展

本文首先介绍了纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystal,CNC)的晶体结构以及结构色的形成原理,包括在自组装过程中对手性向列排列以及晶体结构的调控,归纳了CNC的自上而下和自下而上组装方法。然后进一步总结了不同形式的CNC在国内外防伪中的应用,并简要讨论了CNC在未来防伪应用中的发展前景。最后得出结论,CNC是一种生物相容性和生物降解性的纳米材料,其具有热膨胀系数低、比表面积大、颜色响应速度快且可调,以及阻隔性好等特点、,经改性后的CNC柔韧性能得以提升,可用于防伪应用。