密封沉积处理对纤维素纳米晶体薄膜光学特性的调控

纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystal,CNC)在特定浓度下可自组装排列,赋予体系独特的光学性能。为阐明CNC薄膜形成过程中CNC自组装行为机制,本文通过分析CNC薄膜在宏观颜色、紫外可见光谱、偏振光学、微观形貌以及晶体结构等方面的变化,探究了密封沉积时间和CNC浓度对自然蒸发干燥薄膜内部胆甾相液晶形成与排列的影响。结果表明,当密封沉积时间延长至48 h后,CNC薄膜的结构色显色范围、胆甾相结构的长程有序性均得到明显提升。随着浓度的升高,CNC颗粒间距减小,相邻颗粒间扭转角增大,螺距被压缩,从480 nm减小至344 nm。此外,密封沉积处理对高浓度CNC悬浮液形成长程有序性胆甾相结构具有明显优势。本研究结果表明,延长密封沉积时间和提高CNC浓度可以提高薄膜中长程有序性的提高,并促进胆甾相结构域的形成。这进一步完善了CNC基智能包装材料制备的科学基础,对于新型可视化食品包装和检测材料的开发具有积极作用。

聚乙二醇/纤维素纳米晶体复合液晶薄膜微观结构及湿度响应行为

【目的】探索聚乙二醇(PEG)对纤维素纳米晶体(CNC)液晶薄膜湿度响应的影响,阐明其响应机制,旨在为开发低成本、可重复使用和高灵敏度的PEG/CNC复合薄膜湿度传感器提供理论基础。【方法】将CNC与PEG共组装,制备了一种具有湿度响应性能的虹彩色手性向列相光子液晶薄膜,系统考察了PEG质量分数对液晶薄膜的微观结构、显色、力学性能及湿度响应的影响,在此基础上,研究了PEG/CNC复合液晶薄膜在不同湿度条件下的响应循环性能。【结果】对于纯CNC体系,CNC质量分数由3%增加到7%,CNC液晶薄膜的螺距减小,最大反射光波长由596.5 nm蓝移至511.0 nm;对于添加PEG的CNC体系,随着PEG质量分数的增加,PEG/CNC复合液晶薄膜的螺距由394.0 nm减小到244.0 nm,最大反射光波长由613.5 nm蓝移至350.5 nm,韧性先提升后下降,PEG质量分数为5%时为最佳,断裂能为31.9 J·m^(-2),较纯CNC薄膜提升了138%;液晶薄膜经过5次吸湿-解湿,表现出良好的湿度响应重复性,平衡波长的变化率小于0.6%。【结论】制备了一种对湿度具有敏感响应的虹彩色光子PEG/CNC复合液晶薄膜,PEG可以调控复合薄膜螺距,起到调节结构色的作用。

纳米晶纤维素组装的手性介孔材料及其对手性药物的分离

纤维素纳米晶体(CNC)是由硫酸催化的纤维素水解制备的,根据纤维素的来源和水解条件,纳米晶体的直径约为5~15 nm,长度约为100~300 nm。CNC在水中可以形成具有手性向列型结构的液晶相。当干燥成固体薄膜时,CNC保持螺旋手性向列顺序并组装成层状结构。在CNC自组装过程中,可以添加溶胶-凝胶前体,如Si(OMe)_(4)。随着溶剂的蒸发,这些前体会发生水解和缩合,从而形成手性向列相二氧化硅/CNC复合材料。复合材料在空气中煅烧破坏纤维素模板,留下高表面积手性向列结构的介孔二氧化硅膜。此外,有机二氧化硅或二氧化钛薄膜也采用类似的方法得到。这些薄膜可用作滤光片、反射器和薄膜。最重要的是,合成的手性介孔二氧化硅可用作手性色谱固定相材料分离手性药物。结果显示,手性分离的效果显著,为CNC开发手性新材料提供了新方法。

纳米纤维素晶体增强补强聚乙烯醇薄膜性能研究现状

目的综述近几年有关将纳米填料纳米纤维素晶体(CNC)作为增强补强剂,提高聚乙烯醇(PVA)薄膜的物理性能方面的研究,以期为PVA薄膜材料的进一步开发和应用提供参考。方法通过对相关文献进行收集与整理,阐述PVA/CNC复合薄膜的应用现状,介绍CNC的形貌特性、化学改性及成膜方式对改善PVA/CNC薄膜物理性能的研究现状,综述CNC分散性、交联剂和成膜条件对提高PVA/CNC复合薄膜物理性能的影响。结论通过增加CNC在PVA基体中的分散性,针对不同用途选择对应的成膜方式,这样可有效改善PVA薄膜的力学性能、阻隔性能和耐水性等,提高PVA薄膜的使用价值。

用于湿度响应的手性向列纤维素纳米晶体/单糖复合虹彩薄膜的制备与性能

以滤纸为原料,采用浓硫酸水解法制备纤维素纳米晶体(CNC),将果糖、葡萄糖和甘露糖分别与CNC以不同质量比共混,通过蒸发诱导自组装方法制备了CNC/单糖复合虹彩薄膜。紫外-可见反射光谱分析结果表明,复合薄膜具有明显的虹彩颜色,随着每种单糖含量的增加,薄膜的结构色发生了明显的红移。偏光显微镜和扫描电子显微镜表征结果表明,CNC在成膜过程中发生了自组装,复合虹彩薄膜保留了CNC原有的指纹织构和周期性层状结构。红外光谱和X射线衍射分析表明,添加单糖没有改变CNC本身的官能团,单糖与CNC通过物理作用相结合。单糖的加入也不会改变CNC的晶型结构,对纤维素结晶度的影响十分有限。加入单糖有助于提高薄膜的湿度响应性能,复合薄膜在相对湿度为37%和98%的环境之间表现出从绿色到红色的可逆结构色变化。

纤维素纳米晶体/聚苯乙烯复合薄膜的制备及性能研究

通过Pickering乳液法一步实现亲水性纤维素纳米晶体(CNC)和疏水性聚苯乙烯(PS)的高效复合,经溶液浇筑成膜与热压耦合制得力学性能优异的CNC/PS复合薄膜。结果表明,尽管CNC的添加会降低PS薄膜的透明度,但当CNC添加量≤10%时,CNC/PS复合薄膜仍能保持良好的透明度。当CNC添加量为8%时,CNC/PS复合乳液中的乳滴尺寸和乳滴分布均一性最佳,此时CNC/PS复合薄膜的力学性能最佳,其拉伸强度为33.8 MPa,远优于纯PS薄膜(18.9 MPa),韧性和杨氏模量分别为408.1 kJ/m^(3)和1.9 GPa,是纯PS薄膜的1.8倍和1.5倍。当CNC添加量增至20%时,CNC/PS复合薄膜出现发白现象,透光率显著下降,但仍具有与纯PS薄膜相当的力学性能(拉伸强度为20.9 MPa,杨氏模量为1.6 GPa)。

不同表面基团的纤维素纳米晶体薄膜在不同磁场下的光学特性响应

本文探究了磁场对不同表面基团的纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystal,CNC)薄膜光学特性的影响。以硫酸化纤维素纳米晶体(S-CNC)为原料,通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)氧化制备表面带有羧基的纳米纤维素(T-CNC),并采用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜和Zeta电位对其基本结构进行表征。并在无磁场、垂直磁场、倾斜磁场、水平磁场四种模式下观察磁场对不同表面电荷CNC薄膜的影响。结果表明,T-CNC表面带有羧基,S-CNC表面带有硫酸酯基。由于表面电荷不同,使得T-CNC电位绝对值低于S-CNC。两种CNC由于表面电荷差异表现出不同的自组装模式,其中T-CNC为同心自组装,S-CNC为手性向列自组装,且自组装模式的差异不因磁场而改变。但T-CNC与S-CNC在自组装过程中的排列均受到磁场影响。随着磁场取向的不同,两种薄膜的颜色因CNC的排列发生变化而受到影响,其中垂直磁场对两种CNC薄膜的影响最为显著,能使薄膜中CNC的排列更加均匀紧密,从而提升薄膜颜色的均匀性。不同表面基团CNC的自组装薄膜在不同磁场下的颜色响应研究为后续对CNC虹彩薄膜的调控及其在包装领域的应用奠定基础。

石榴皮中纤维素纳米晶体的提取与表征

为提高石榴皮的附加值,采用碱处理、次氯酸钠漂白法制备了石榴皮纤维素,通过酸水解成功得到石榴皮纤维素纳米晶体(pomegranate peel cellulose nanocrystals,PCNC)。并对PCNC进行粒径和稳定性表征,同时采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、差示扫描量热分析和热重分析对石榴皮渣和PCNC进行了表征。结果表明,PCNC粒径为201 nm,Zeta电位值为-38.6 mV,具有纳米尺寸,且悬浮液具有良好的稳定性。微观结构分析展示出PCNC是具有较高结晶度的棒状结构。XRD测得石榴皮和PCNC的结晶度分别为33%和63%。FITR图表明石榴皮渣中的半纤维素和木质素被成功去除。热稳定分析显示PCNC热稳定性相较于石榴皮渣略有下降。

吸光度法检测纤维素纳米晶体直径方法研究

通过分散液吸光度法探究了纤维素纳米晶体(CNC)的吸光度与直径的关系。结果表明,当CNC质量分数0.06%、测试波长220 nm、静置时间0 h时,随着CNC直径增大,分散液的吸光度值逐渐减小,CNC直径与吸光度有良好的线性关系,Y (吸光度)=-0.0054X (CNC直径)+0.4438,线性相关系数R2为0.9931。

纳米纤维素晶体对水泥基复合材料性能的影响研究

研究了纳米纤维素晶体(CNCs)对水泥净浆流变性和水化热的影响规律,并探讨了水胶比分别为0.3、0.4、0.5时,CNCs对水泥基复合材料强度的影响,进行了微观结构分析。结果表明:CNCs的加入会延缓水泥基复合材料的早期水化,促进后期水化;CNCs可以增大水泥浆体的剪切应力和塑性黏度,且随着CNCs掺量的增加而变大;掺加CNCs可显著提高水泥砂浆的力学性能,当水胶比为0.5、CNCs掺量为0.2%时,水泥砂浆的标养28 d抗折、抗压强度较未掺CNCs的分别提高了25.4%、18.8%;CNCs改善了水泥基材料内部的微观结构,减少了其内部孔洞、裂缝等缺陷。

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。

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。

阻燃隔热海鞘纤维素纳米晶体基气凝胶的制备及性能研究

以海鞘纤维素纳米晶体(TCNC)、氧化石墨烯(GO)和海泡石(SEP)为原料,戊二醛为交联剂,水为溶剂,通过冷冻干燥技术制备阻燃隔热气凝胶TCNC/SEP/GO。结果表明,气凝胶TCNC/SEP/GO的最佳制备工艺条件为GO含量10%,-196℃下定向冷冻成形。随着冷冻成形温度的降低,在压缩应变为0.5时,与纯TCNC气凝胶相比,制备的气凝胶TCNC/SEP/GO(GO含量10%)压缩应力增加约50%,导热系数降低23%。在燃烧测试中,纯TCNC气凝胶在9 s内出现自熄现象,而气凝胶TCNC/SEP/GO(GO含量10%)在0.42 s内出现自熄现象。此外,将后者浸泡在乙醇中,在12 s时出现自熄现象,且熄灭后仍保持原有形态,未发生坍塌。

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%。

聚乙烯醇/纳米纤维素/石榴皮多酚复合抗菌薄膜性能研究

目的:开发绿色抗菌抗氧化食品包装薄膜。方法:以石榴皮多酚为功能活性物质,采用共混法制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体/石榴皮多酚复合抗菌薄膜,并对其性能进行表征。结果:石榴皮多酚的添加影响了薄膜表面的连续性;当石榴皮多酚添加量为5倍最小抑菌浓度时,薄膜的透水气性增加了28.79%,拉伸强度、断裂伸长率、疏水性及透光率分别降低了44.97%,29.37%,36.36%,22.35%,同时总酚含量为(5.92±0.17)mg/L,DPPH自由基清除率达到(13.31±0.22)%;薄膜表现出良好的抑菌性,对白色念珠菌的抑菌效果最好,其次为金黄色葡萄球菌、大肠杆菌。结论:聚乙烯醇/纳米纤维素晶体/石榴皮多酚复合抗菌薄膜是一种新型活性食品包装材料。

纳米纤维素晶体的制备及表征

采用超声波辅助硫酸水解、高速离心取其上清层水溶胶的方法由微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素晶体(NCC),并采用场发射透射电子显微镜(FETEM)、场发射环境扫描电子显微镜(FEGE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对所制备NCC的尺寸与形态、结构、组成和光谱性质进行分析。结果表明:FETEM和FEGE-SEM观察所制备纳米纤维素晶体形态相同,呈棒状,直径和长度主要分布在2～24nm和50～450nm;XRD图谱表明NCC仍属于纤维素Ⅰ型,结晶度为77.29%,晶粒尺寸为3～6nm;FTIR分析表明所制备的纳米纤维素晶体仍然具有纤维素的基本化学结构。

纳米晶体纤维素Ⅱ的制备与表征研究

用硫酸水解棉短绒得到的纳米晶体纤维素Ⅰ(NCC-Ⅰ),经1%的NaOH处理后就可得到纳米晶体纤维素Ⅱ(NCC-Ⅱ)。用X-射线衍射仪、TEM、AFM、FITR和GPC表征,证明NCC-Ⅰ有低的分子量、窄的分子量分布及较高的化学活性;在FTIR谱中,NCC-Ⅰ的羟基波数较之棉短绒的羟基波数有明显的蓝移现象。研究证明纳米晶体纤维素具有十分明显的纳米效应。

毛竹纳米纤维素晶体的制备及特征分析

以毛竹为原料,首先经过次氯酸钠和氢氧化钠溶液去除竹纤维中的木质素与半纤维素等成分,再通过30%硫酸溶液与超声波处理结合的方法分离出毛竹纳米纤维素晶体。通过扫描电镜(SEM)与透射扫描电镜(TEM)对分离过程中各阶段产物进行形态特征分析,研究结果表明,纳米纤维素晶体的直径在20～85 nm之间。傅里叶红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)分析显示,毛竹中的木质素以及半纤维素已基本被移去,α-纤维素以及纳米纤维素晶体的结晶度得到明显的提高。热重分析仪(TGA)分析显示各个分离阶段所得产物的热稳定性均高于原竹纤维,但纳米纤维素晶体的热稳定性较α-纤维素的略低。

阳离子交换树脂催化制备纳米纤维素晶体的谱学性能与流变行为

采用强酸型阳离子交换树脂在超声波辅助作用下制备了纳米纤维素晶体(NCC)。采用场发射环境扫描电子显微镜(ESEM-FEG)、场发射透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、傅利叶红外光谱仪(FT-IR)和转子式流变仪对所制备NCC的形貌、谱学和流变学行为进行了研究。结果表明,所制备NCC为近球形,颗粒尺寸约为25 nm～50nm,样品属于纤维素Ⅰ型,结晶度为84.26%,晶粒平均由6个晶胞组成。由FT-IR分析可知,NOC仍具有纤维素的基本化学结构。NCC胶体为剪切变稀的假塑性流体,随着温度的升高,其黏度逐渐减小,并最终趋于平缓,结果表明NCC胶体具有较好的稳定性。

聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜热学性能

以微晶纤维素(MCC)为原料,通过硫酸水解得到纳米纤维素晶体(NCC),再将纳米纤维素晶体与聚乙烯醇复合共混制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜,研究复合膜的热学性能,同时采用场发射透射电镜(FETEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)等仪器对纳米纤维素晶体及其复合膜进行表征与分析。结果表明:所制得的纳米纤维素晶体直径约2～24nm,50～450nm长,呈棒状;由FE-SEM图可观察到纳米纤维素晶体与聚乙烯醇具有良好的界面相互作用,但在较大添加量7%时,NCC出现部分团聚,与基体的相容性下降;由TG和DSC分析说明NCC与PVA基体可较好相容,形成了热稳定性较好的复合膜,但当NCC添加量较大时,由于团聚使复合膜热稳定性下降。