基于纤维素纳米晶乳化陈皮精油的淀粉基抗菌膜的制备与性能

以玉米淀粉(corn starch,CS)为基质、柠檬酸为交联剂、纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNC)乳化陈皮精油(orangepeelessentialoil,OPO)制备的Pickering乳液为抗菌剂,采用流延法成功制备了CS/CNC-OPO抗菌复合膜;探讨了CNC和OPO的添加量对CS/CNC-OPO抗菌复合膜的机械强度、水蒸气透过率、水接触角、抗菌性能等的影响,并采用傅里叶变换光谱、X射线衍射光谱和扫描电子显微镜对CS/CNC-OPO抗菌复合膜进行表征。结果表明,当OPO添加量为11%,CNC和OPO比例为1∶11(g/mL)时,CS/CNC-OPO膜的性能最好,水蒸气透过率为1.03×10^(-3)g/(m·h·kPa),水接触角为74.53°,拉伸强度达6.01 MPa,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌面积高达88.4 mm2和96.45 mm^(2)。该淀粉基膜强度好,且具有较好的疏水和抗菌性,在食品包装领域具有广阔的应用前景。

利用纤维素工业废丝/胶高效制备再生纤维素纳米晶

为解决再生纤维素工业丝的废丝以及生产过程中的废丝/胶的再利用问题,设计了以再生纤维素工业废丝或废丝/胶为原料高效制备再生纤维素纳米晶(RCNC)的方法,并通过傅里叶变换红外光谱、马尔文激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等方法,对比了利用新溶剂法再生纤维素工业废丝/胶、粘胶再生纤维素工业废丝和浆粕制得的RCNC、CNC的结构性能上的区别。结果表明:新溶剂法再生纤维素工业丝废丝/胶高取向度、高结晶度和结构简单的特性使其可以在更温和的条件下酸解,制备的RCNC得率高达到65.09%,远大于以浆粕为原料制备CNC的得率,且具有更高的结晶度。与粘胶纤维素工业废丝制得的RCNC相比,两者具有相似的尺寸与形貌,都为纳米级的棒状结构,长度和长径比分别为93 nm±26 nm和35±20,表明此方法对于不同来源的纤维素工业丝废丝具有一定的普适性。

纤维素纳米晶手性光学材料研究进展

利用来源广泛、绿色、可再生的纤维素纳米晶,与功能材料相结合,构建性能优异的生物质手性光学材料,在比色传感、信息加密、手性诱导和建筑节能等领域具有广阔的应用前景。本文介绍了纤维素纳米晶的制备、手性向列液晶结构的自组装构建及其手性光学性质,重点综述了纤维素纳米晶手性结构材料光学性质的调控策略以及手性光学应用的研究进展,最后总结并展望了纤维素纳米晶手性光学材料发展所面临的挑战和前景。

三种蛋白包覆纤维素纳米晶稳定皮克林乳液的构建及体外消化特性

纤维素纳米晶(CNCs)由于其表面固有的强亲水性,往往需要修饰改性才能应用,如乳液稳定。该文研究了三种蛋白(牛血清蛋白BSA、酪蛋白酸钠CAS和大豆分离蛋白SPI)通过静电修饰CNCs表面性质的可行性,并研究了其对CNCs乳液体外消化特性的影响。首先研究了pH值3.0时蛋白与CNCs的作用模式、吸附比例、颗粒结构特征,结果发现二者可以通过静电作用结合(Zeta电位由-35 mV至+20 mV),CNCs表面蛋白吸附比例由100%(蛋白浓度0~0.1%,m/V)逐渐降低至40%~60%(蛋白浓度0.5%,m/V)。静电修饰引起CNCs絮凝,显著改善其两亲性(接触角由35°增加至75°~80°)。然后研究了蛋白包覆CNCs的乳化性质,结果发现蛋白包覆CNCs形成了粒径为3~9μm的絮凝乳液,且凝聚稳定性更好,不同蛋白之间无显著差异。体外消化结果表明,与吐温20乳液(~90%)相比,蛋白包覆CNCs稳定乳液具有更低的游离脂肪释放率(~80%),蛋白种类影响不显著。可见,三种常见蛋白能够通过静电吸附方式修饰CNCs并将其转化为良好的Pickering稳定剂。该文研究结果能够极大丰富食品级皮克林稳定剂的来源,并促进相关功能乳液食品的开发。

纤维素纳米晶基复合微球及其在水处理中的应用

纤维素纳米晶(CNC)作为世界上最丰富的生物聚合物,是一种绿色、可再生的环保材料,其较高的比表面积和表面活性基团等良好的吸附剂特性,在废水处理中具有较高的潜在应用价值。当CNC与其它功能性纳米粒子复合时,由于其独特的性质和吸附活性,可以有效地增强各组分的作用,同时以微球作为载体有效解决了纳米材料难以回收利用,对环境造成二次破坏的问题。综述了近年来关于CNC基复合微球在水处理中应用的文献,这将为研究人员提供设计更合适CNC基复合微球的指导方针,从而促进研究。

裂解炭黑/纤维素纳米晶杂化体粉末的制备及其在天然橡胶中的应用

采用氨基化纤维素纳米晶(CCP)与裂解炭黑(CBp)球磨杂化,CBp/CCP(CBC)杂化体浆料经喷雾干燥后得到CBC杂化体粉末,将其用于天然橡胶(NR)补强。结果表明:CCP与CBp均匀杂化,有效阻止了CCP的团聚,提高了CBp在NR中的分散性;得益于NR/CBC复合材料的交联密度提高和CCP与CBp的协同补强作用以及CBC杂化体粉末在NR基体中的均匀分散,NR/CBC复合材料的物理性能显著提高,CBp/CCP质量比为85/15的CBC杂化体粉末的NR/CBC复合材料的300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度比NR/CBp复合材料分别提高了30.4%,14.9%和75.7%,DIN磨耗量减小了13.7%,压缩温升降低。选用生物基填料CCP作为共杂化材料,以球磨杂化、喷雾干燥方式对CBp进行提质改性,为便捷制备高性能NR/CBp复合材料提供了可能,有利于推动CBp的高附加值利用及解决废旧轮胎的污染问题。

功能化细菌纤维素纳米晶复合聚氨酯医用抗菌涂层的制备及性能研究

植入医疗器械的感染是临床治疗的难题之一,因此研究具有长效稳定抗菌效果的医用涂层对于医疗植入器械领域十分重要。本研究使用细菌纤维素膜片,通过粉碎―氧化法制备氧化改性细菌纤维素纳米晶体,并化学接枝阳离子化合物双胍制备获得新型纳米抗菌材料NBC-BG,最后与聚氨酯(PU)进行复合制备了PU-NBC-BG医用抗菌涂层。通过多种材料表征手段,研究了不同比例添加下涂层的结构性能变化,同时通过抗菌实验证明了PU-NBC-BG涂层具有优良且稳定的抗菌性能以及抗生物膜效果,在医疗器械领域具有很好的前景。

酒糟纤维素纳米晶的制备,表征及离子染料吸附研究

为了探索酒糟纤维素纳米晶(Cellulose nanocrystals,CNCs)在废水处理领域的应用潜力,拓宽酒糟的高值化利用途径,研究通过洗涤、漂白和碱提等步骤制备酒糟纤维素,再以1∶20固液比加入50%(v/v)硫酸溶液水解纤维素制备酒糟纤维素纳米晶,并对其进行化学成分测定和结构表征,最后研究其对亚甲基蓝和刚果红水溶液的吸附能力。结果发现,制备的酒糟CNCs中的纤维素纯度超过90%,粒径分布集中在180~300 nm范围内,Zeta-电位值为-30.1 mV。酒糟CNCs对刚果红和亚甲基蓝染料的平衡吸附率分别达到75.5%和90.57%,展现出不同的吸附机制,分别对应一阶动力学模型和二阶动力学模型,表明酒糟CNCs对离子染料具有良好的吸附特性,为酒糟CNCs在工业废水处理领域的可持续应用提供了低成本且高效的新途径。

pH值对纤维素纳米晶液晶形态及流变性能的影响

为研究纤维素纳米晶(CNC)悬浮液在不同pH值及质量分数下的相变行为,使用偏光显微镜确定CNC液晶相的形态特征,获得了CNC形成向列相、胆甾相和双折射玻璃相的相图。通过稳态剪切和大幅振荡剪切测定了CNC体系的流变学性质,并利用傅里叶流变学分析体系流变行为与其微观结构演变之间的关系。结果表明,添加酸或碱能屏蔽CNC间的静电排斥作用,提高体系的凝胶化作用和非线性黏弹性,从而使向列相与胆甾相区域表现出明显的下降趋势。

纤维素纳米晶姜黄素蛋白蛋黄复合材料的制备及其对蓝莓保鲜效果的研究

为探明不同蛋白蛋黄复合保鲜材料对蓝莓的保鲜效果。本研究通过溶胶凝胶法制备6种蛋白蛋黄复合保鲜材料,采用涂膜保鲜方法对蓝莓进行保鲜,对保鲜后蓝莓失重率、腐烂率、外观品质及与衰老相关酶超氧化物岐化酶(Superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性进行分析。结果表明,制备的6种复合保鲜材料均能延长蓝莓保鲜期,其中蛋白蛋黄、姜黄素和纤维素纳米晶复合保鲜材料组保鲜效果最佳,以期为姜黄素和纤维素纳米晶在蓝莓采后保鲜应用提供依据。

不同硫酸浓度水解制备纤维素纳米晶及其稳定Pickering乳液研究

以菠萝皮渣纤维素为原料,采用传统硫酸水解法提取纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNCs),考察不同硫酸质量分数(58%、61%和64%)对制备的CNCs(CNCs-58%、CNCs-61%和CNCs-64%)的形貌粒径、电位、热稳定性和稳定Pickering乳液性能的影响。研究表明,随着硫酸溶液质量分数的增加,CNCs的直径、长度逐渐减小且均一性增加,电位绝对值逐渐增加(-33.5、-43.6和-45.7 mV),但热稳定性降低。与CNCs-58%相比,CNCs-61%和CNCs-64%表现出更好的稳定Pickering乳液性能,具有更小的液滴尺寸和更好的贮藏稳定性,乳液电位绝对值也相对较大;但在低CNCs质量分数(0.2%),CNCs-64%稳定乳液的析水程度相对较高,这主要与CNCs的形貌结构有关;随着CNCs质量分数的增加,乳液析水程度明显降低。该研究为硫酸水解果蔬皮渣纤维素制备CNCs及其在Pickering乳液中的应用提供参考。

壳聚糖/纤维素纳米晶复合纤维的制备与表征

纤维素纳米晶(CNCs)强力好,可自组装,但其溶液具有高分散性而无法成丝,壳聚糖生物相容性好,其溶液可纺性好,但纤维力学性能差。本文提出用壳聚糖溶液(CS)协助CNCs纺丝,采用湿法纺丝方法制备壳聚糖纤维素纳米晶(CS CNC)复合纤维,并比较共混和同轴两种不同纺丝方法所制备的CS CNC共混纤维和CS CNC皮芯纤维的结构及性能特征。结果表明,相较于纯壳聚糖纤维,CS CNC复合纤维的耐水稳定性有所提高;与CS CNC共混纤维相比,CS CNC皮芯纤维力学性能更好,初始模量高达489.40 cN dtex,断裂伸长率为9.65%,在芯层有连续的手性向列相层状结构,在偏振光下具有明亮有序的虹彩色,有望应用于防伪方面,进一步扩大CNC的应用范围。

纤维素纳米晶基手性光子晶体膜传感材料的研究进展

近年来,纤维素纳米晶由于其独特的光学性能、卓越的生物降解性能和优异的机械性能引起了科研人员极大的兴趣。综述了纤维素纳米晶膜在传感领域应用。首先,介绍了纤维素纳米晶的性质及其制备,纤维素纳米晶悬浮液达到临界浓度时可自组装形成胆甾相液晶;接下来,介绍了纤维素纳米晶膜的性质及其制备,成膜后胆甾相液晶的特殊性能会被保留在薄膜中,使薄膜具有独特的左旋结构和鲜艳美丽的结构色;最后,重点介绍了通过功能修饰的纤维素纳米晶膜具有较好的稳定性、便捷的操作性和优异的可再生性,使其在压力、温度以及水分这3个领域具有广阔的传感应用前景。

不同链长烷基酸对纤维素纳米晶的改性研究

为了深入探究不同链长烷基酸对纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNC)疏水性以及热性能方面的影响,文中采用乙酸和硬脂酸两种不同链长的烷基酸对CNC进行酯化改性,分别得到乙酰化纳米纤维素(ANC)和硬脂酸改性纳米纤维素(MNC)两种改性产物,并对其疏水性及热性能进行测试表征。研究结果表明:水接触角从28.702°(CNC)分别提高到62.606°(ANC)和64.918°(MNC),改性产物的疏水性都有所提高;但是在热性能方面,ANC由于乙酰基的存在使得其热稳定性提高了47℃;而MNC因为硬脂酸长链烷基分子在高温下不稳定易断裂,所以其最大热分解温度相比CNC降低了34℃,热稳定性有所降低。所以乙酸作为短链烷基酸,既可以在一定程度上提高纤维素纳米晶的疏水性能,又能提高其热稳定性。本文研究结果可为后续与聚乳酸等疏水性聚合物共同制备增强型纳米复合材料提供性能方面的理论依据。

乙酰化棉花纤维素纳米纤维改性PCL的结晶行为研究

本文以聚己内酯(PCL)为原材料,添加不同含量的乙酰化棉花纤维素纳米纤维(aCNF),制备了aCNF/PCL膜。采用偏光显微镜(POM)、接触角测量仪(CA)、傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)和热重分析(TG)等测试手段,分析了复合材料膜的结构和性能。结果表明,添加aCNF后,聚合物的结晶度降低,热性能略有降低。

纤维素纳米晶/壳寡糖复合物稳定的姜黄素皮克林乳液的制备及其研究

目的:本研究以纤维素纳米晶(CNC)和壳寡糖(COS)通过静电吸附形成的复合物作为稳定剂,并探索该复合物制备姜黄素皮克林乳剂的可能性。方法:采用高速剪切结合超声的制备方法制备CNC/COS-Cur,以平均粒径为主要指标筛选出最优处方工艺。结果:CNC/COS可以成功制备姜黄素皮克林乳剂。结果表明最优工艺为:离子强度为100mM/L;CNC用量为1.2wt%;CNC:COS=1:1.2。结论:纤维素纳米晶和壳寡糖复合物能用于制备皮克林乳剂,可以增大姜黄素的溶解度。

纤维素纳米晶修饰氧化石墨烯对环氧树脂固化动力学的影响

利用纤维素纳米晶(CNC)改性氧化石墨烯(GO)制备了纳米填料GC,并制备了环氧树脂(EP)/GC复合纳米材料,通过差示扫描量热法(DSC)研究了GC对EP纳米复合材料固化动力学的影响。采用Kissinger和Ozawa方法得到了EP/GC复合纳米材料的相关固化动力学参数。结果表明,相比于单一纳米填料GO或CNC,复合纳米填料GC能够更有效地降低EP的固化特征温度(固化起始温度、固化峰值温度和固化终止温度),促使固化过程在更低的温度下进行。在相同的固化温度下,EP/GC材料的固化程度更高;在固化初期,EP/GC材料的固化速率更快,且可更快地达到固化速率峰值。通过Kissinger方法计算,相比于纯EP,EP/GC材料的表观活化能(Ea)从52687 J/mol降低至45234 J/mol,降低了14%;通过Ozawa方法计算,在相同的转化率下,EP/GC材料的Ea更低。复合纳米填料GC对EP体系固化过程的促进作用更为明显,对固化反应具有更为显著的催化作用。

改性纤维素纳米晶/PBAT复合材料的制备与性能

针对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)力学性能和阻隔性能不佳的问题,采用醇-水溶液法制备了硅烷偶联剂改性的纤维素纳米晶(MCNC),将其作为填料与PBAT熔融共混获得MCNC/PBAT复合材料,考察了MCNC含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,MCNC抑制了PBAT分子链运动,降低了PBAT的结晶度,MCNC的质量分数为1%时,PBAT的结晶度降低至5.8%,另一方面,MCNC又可以通过异相成核促进PBAT结晶,显著提升了PBAT的结晶温度。少量MCNC可以在PBAT基体中均匀分散,增加复合材料的热稳定性,当MCNC的含量较高时,MCNC发生团聚,复合材料的热稳定性下降。当MCNC的质量分数为0.5%和1%时,复合材料的断裂伸长率由未加MCNC的446%升高至502%和478%;继续提高MCNC的添加量,MCNC/PBAT复合材料的断裂伸长率低于纯PBAT,这主要是因为高浓度的MCNC与PBAT间形成的刚性渗透网络结构增强了材料模量,降低了材料韧性。与纯PBAT相比,当MCNC的质量分数为1%时,复合膜的O2透过量和水蒸气透过量分别下降了31.1%和37.6%。

Ⅱ晶型纤维素纳米晶的一步绿色制备

Ⅱ晶型纤维素纳米晶(CNC-Ⅱ)是纤维素纳米晶多种晶型中热力学最为稳定的晶型结构,有望满足高温环境的使用需求。针对目前CNC-Ⅱ制备方法繁琐复杂,所使用试剂昂贵或有毒等问题,利用高铁酸钾在碱性环境中的强氧化性,开发了一种高铁酸钾氧化水解棉纸浆纤维素一步绿色制备CNC-Ⅱ的方法。通过研究碱浓度在制备过程中对晶型转变和产率的影响,确定了最佳碱浓度为5 mol·L^(-1)。扫描电镜表征结果表明:CNC-Ⅱ为粒状形貌;红外表征结果表明:CNC-Ⅱ在3492和3445 cm^(-1)等位置具有Ⅱ晶型纤维素特征峰;热重分析表征结果表明:CNC-Ⅱ的热稳定远高于普通酸解法的Ⅰ晶型CNC-OSO_(3)^(-)。

罗丹明6G-聚乙烯亚胺改性纤维素纳米晶的制备及性能

利用罗丹明6G-聚乙烯亚胺(R6G-PEI)对纤维素纳米晶(CNC)化学改性,制备了传感器CNC-PEI-R6G。利用FT-IR、XRD、XPS、UV-vis和PL等分析手段对CNC-PEI-R6G的组成结构和检测性能进行表征。研究表明,氧化时间的长短对双醛纤维素纳米晶(D-CNC)中醛基的含量影响很大。加入Fe^(3+)时,观察到CNC-PEI-R6G溶液变为粉红色,且在566nm处的荧光强度显著增强,实现对水介质中Fe^(3+)的肉眼检测和荧光选择性识别,检测限为0.03mg/kg。此外,CNC-PEI-R6G还可用于准确识别自来水和泳池水等实际水样中的Fe^(3+)。