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。

明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。

麦秆基纳米纤维素过滤膜的制备及对微纳米颗粒的过滤性能

以麦秆为原料,采用对甲基苯磺酸(p-TsOH)结合酶辅助超声处理制备木质纤维素纳米纤丝(LCNFs),通过真空抽滤制备LCNFs过滤膜(LCNF-FM)。研究LCNF-FM的微观形貌、纯水通量、润湿性及对微纳米粒子的过滤性能。结果表明,LCNF-FM由相互交联的纳米纤维网络组成,平均孔径为30.2nm。该过滤膜对细菌及纳米TiO_(2)颗粒均具有良好的截留作用。初步应用于红葡萄酒过滤除菌,其对红葡萄酒中有效成分的保留率均在84%以上,对葡萄酒品质影响不大。该LCNFs及其过滤膜的制备方法绿色环保,在农业废弃物的资源化利用及水处理、食品饮料的净化等方面具有广泛的应用前景。

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。

纳米纤维素在造纸法再造烟叶基片中的应用

为提高再造烟叶的物理性能,使用2种纳米纤维素(纤维素纳米晶须CNC和纤维素纳米纤丝CNF)替代部分木桨纤维,比较其对再造烟叶松厚度、抗张强度的影响,选择添加效果较好的纤维素纤丝,然后考察其不同添加量对再造烟叶松厚度、抗张强度、热解性能的影响,最后研究纳米纤维素的添加对再造烟叶主流烟气粒相物成分的影响。结果表明,在同一木浆纤维添加量下,添加CNF对再造烟叶抗张强度的提升效果强于CNC,且两者的添加对再造烟叶松厚度均无显著影响;在烟草浆料中添加CNF可以有效提高再造烟叶基片的抗张强度,随着CNF添加量的增加,造纸法再造烟叶基片的抗张强度随之增大;再造烟叶的热稳定性随CNF添加量的增加而增强,质量损失达到5%时温度(T-5%)、质量损失达到50%的温度(T-50%)和最终残渣量逐渐增加,而质量损失最大时温度(Tmax)未发生明显变化;添加少量CNF对再造烟叶主流烟气粒相物成分没有显著影响。CNF的添加可有效替代部分木浆纤维,从而降低木浆纤维的添加量,在提升再造烟叶抗张强度的同时,还提高了烟草薄片的热稳定性,为开发一种满足加工工艺需求的新型再造烟叶提供新思路。

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。

纳米纤维素基材料对水中新污染物的处理探讨

新污染物具有毒性、环境持久性、生物累积性等特点,近几年在水中被频繁检测出,对人类健康和生态环境造成潜在威胁,如何去除水中新污染物是当前的研究热点。研究发现,纳米纤维素基吸附材料在新污染物的处理中有很好的吸附效果。文中介绍了纳米纤维素的类别、制备及改性方法,综述了纳米纤维素基材料对水中持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素及微塑料的去除应用,并提出了今后的研究要点应为不同类型新污染物同时高效地吸附,及吸附后的处理和再生问题。

基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用研究进展

碳点是一种新型的零维荧光纳米材料,具有优异的光学性能、高热稳定性和化学稳定性,是近几年的一个研究热点。从天然生物质中提取的纳米纤维素,具有比表面积大、环境友好和可生物降解等特点。以纳米纤维素为载体掺杂碳点制备的复合材料兼具优异的荧光性能和机械性能,具有重要的应用价值。本文综述了基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用,简要介绍了碳点的性质和制备,论述了纳米纤维素基荧光碳点水凝胶、薄膜以及气凝胶和油墨等复合材料的制备方法及相关应用,并对纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的发展进行展望。

纳米微晶纤维素复合膜的制备及性能分析

以具有可持续性和环保特点的棉纤维为原料制备纳米微晶纤维素(NCC),再通过硫酸水解法简单高效地制得NCC悬浮液,将该悬浮液与壳聚糖混合,制备出NCC复合膜.利用万能试验机测试NCC复合膜的力学拉伸性能,同时用拟杯子法测试NCC复合膜的透湿性、用覆盖油脂的过氧化值测试NCC复合膜的阻氧性、用分光光度计测试NCC复合膜的透光性、用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌测试NCC复合膜的抗菌性,最后用细胞培养试验评估复合膜对人体细胞的毒性.结果表明,NCC用量在45%质量分数时,制备的NCC复合膜拉伸强度最大、力学性能最高、断裂界面更粗糙;NCC复合膜水蒸气透过率保持在2.8×10^(-11) g·(m·s·Pa)^(-1)以上;NCC复合膜氧气阻隔性的过氧化值在2.0以上;经过与NCC复合膜32 min的接触,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接近完全被杀灭;24 h人体细胞存活率在70%以上.综上,所制备的NCC复合膜性能优良,值得开发.

纳米纤维素基材料在柔性电子器件中的应用

目的由于纳米纤维素基材料良好的柔韧性、热力学性能和高透明度,近年来在柔性电子产品中引起越来越多的关注。通过综述该领域的研究进展,将有助于研究人员更高效地开展研究。方法综述3类纳米纤维素的制备方法及将纳米纤维素基材料应用在柔性电子产品中的研究进展。分别阐述纳米纤维素基材料应用于器件柔性衬底及绝缘材料的研究实例,并讨论纳米纤维素在各种应用方向中的优势以及存在的问题,最后对材料的未来应用前景进行展望。结论纳米纤维素是天然纤维素与纳米技术结合的产物,可主要划分为纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶以及细菌纤维素3类。近年来,纳米纤维素基材料作为电子器件柔性衬底、绝缘材料等研究均有许多成果问世。虽然纳米纤维素基电子器件的开发还主要停留在实验室阶段,但是与传统的石油化工产品相比,纳米纤维素具有原材料丰富、环保可降解等优点。对纳米纤维素基新型材料的开发利用,有助于解决人类社会中日益严重的电子垃圾问题。

废旧棉/纳米纤维素自增强复合纸的制备与性能

针对机械开松回收后产生的废旧棉短纤维存在力学性能差且难以再利用的问题,将部分回收的废旧棉短纤维在2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)/NaBr/NaClO体系中氧化,制备成纳米纤维素(CNF),然后将不同质量分数的CNF悬浮液和回收的废旧棉短纤维充分混合制备全纤维素纸浆,最后通过湿法成网和热压技术形成全纤维素纤维自增强复合纸(CCP),并探究其形貌、力学性能以及增强机制。结果表明:当CNF质量分数增加至5%时,CCP中的氢键含量增加,CNF和棉短纤维之间形成了广泛的氢键交联,促成CCP形成了致密的结构,其拉伸断裂强度达到84.72 MPa。此外,采用不脱色废旧棉短纤维制备的CCP可加工为包装纸袋使用。

纳米纤维素疏水改性及其功能化应用研究进展

纳米纤维素作为一种生物质材料,具有高比表面积、高强度等优良性能。其表面存在大量的羟基,具备很强的亲水性。这在一定程度上影响了纳米纤维素在生物基复合材料中的分散效果,限制了它的功能化应用。因此,纳米纤维素疏水改性已成为研究焦点之一。本文讨论了利用物理、化学和聚合物接枝的方式对纳米纤维素进行疏水改性,总结了不同纳米纤维素疏水改性机制及其优缺点,分析了疏水改性纳米纤维素对机械性能、热性能和生物相容性等性能的影响。据此,概述了纳米纤维素疏水改性研究现状及其在包装、造纸和水净化等领域的功能化应用情况,为有效利用纳米纤维素提供理论策略和实践依据。最后,展望了疏水改性纳米纤维素的优势和未来应用前景。

喷涂沉积纳米纤维素包装膜的研究进展

根据纳米纤维素包装膜常规制备方法存在的连续性差、生产时间长、膜可操控性差等问题,从机械性能、阻氧性能、防潮性能方面综述喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜机理及包装应用优势。喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜的研究为快速有效地制备纳米纤维素包装膜,保证生产程序的连续性,更好地实现在食品、生物医学、军事等方面的包装领域应用,为新型包装材料提供理论基础并进行展望。

响应曲面优化低共熔溶剂预处理麦秸秆制备含木质素纳米纤维素

纳米纤维素因其独特的优势和广泛的应用受到越来越多的关注,但其制备工艺需向环境友好型方向发展。以麦秸秆为原料,经绿色低共熔溶剂预处理和超声破碎后,成功制备了含木质素的纳米纤维素。结果表明:通过响应面法优化的ClCh/OA的预处理工艺是一种简单、绿色、可持续制备含木质素纳米纤维素的方法,可实现农业废弃物的高效分离和高附加值利用。优化的预处理工艺条件为:预处理温度为94.4℃,预处理时间为5.9 h,ChCl/OA的摩尔比为0.9,在此条件下,制备的含木质素的纳米纤维素纤维素含量为46%,半纤维素和木质素含量分别为25.4%和14.2%,其粒径主要分布在28 nm左右,显示出优良的稳定性、分散性和热稳性。

纳米纤维素在柔性电子器件的应用进展

从纳米纤维素的物理化学性能出发概述了纤维素纳米基柔性材料在柔性电子领域的应用优势,重点介绍了纤维素纳米基柔性材料在电极、隔膜和电解质以及超级电容器等储能器件中的前沿研究,展示了材料复配、化学改性、工艺改进等对电子器件电化学性能和机械性能的改进;同时介绍了纤维素纳米基柔性材料在传感器中的最新应用,对应变、湿度和pH具有响应的弹性体、气凝胶和膜材料的开发,以及传感灵敏度、耐环境性和相容性等的改善。最后展望了纤维素纳米基柔性材料的发展前景并总结了当前面临的挑战,对柔性电子材料的研究工作具有一定参考价值。

植物基纳米纤维素在食品3D打印中的应用

3D打印技术通过逐层添加物料的方式实现特定结构物体的快速成型,可根据需求实现对原料组成和成品空间结构的个性化定制,在食品领域具有广阔发展潜力。大多数食品原料不具备可打印性,这制约了用于3D打印的食品原料的来源和种类,限制了3D打印技术在食品行业的应用规模。植物基纳米纤维素来源广泛,具有优异的机械性能和流变特性,能够增强物料的可打印性,是3D打印的理想原料。明确植物基纳米纤维素的功能特点,制备的3D打印墨水特性以及在食品3D打印中应用现状,对充分利用新兴加工技术和新食品原料尤为重要。本文重点介绍植物基纳米纤维素结构特点及与3D打印相适应的功能特性,包括高机械强度,易表面改性,适于打印的流变特性以及较好的生物安全性。在分析凝胶和乳液两种形式的植物基纳米纤维素打印墨水特性和用途的基础上,总结其在食品添加剂、食品包装材料、食品新鲜度指示器、功能物质载体等相关食品领域的应用现状,并展望未来制备新兴功能食品和智能食品包装的前景,以期为相关技术发展提供参考。

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。

氯氧铋@纳米纤维素复合材料中氧空位对苄胺C-N偶联的光催化促进作用

本工作采用纳米纤维素(CNC)为载体,与BiOCl在室温搅拌下制备了复合光催化剂BiOCl@CNC。XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS等系列表征表明,CNC中大量羟基可以与BiOCl通过氢键紧密结合,并在材料中构造丰富的氧空位,从而显著提升其可见光催化性能。以可见光下催化苄胺C-N偶联为目标反应评估BiOCl@CNC的性能并对机理进行研究。首先对反应条件进行优化,得最优条件为1.0 mmol苄胺作为底物,20 mg BiOCl@CNC作催化剂,以30 W白色LED灯为光源,在CH3CN中氧气氛围下室温反应20 h。底物扩展实验表明,BiOCl@CNC对含有不同取代基的反应物均表现出良好的适应性,且具有优异的稳定性。通过自由基捕获实验表明,电子在氧空位的辅助下产生超氧自由基,并与胺阳离子自由基中间体形成最终产物。这一工作不仅丰富了Bi基复合半导体的应用,也为N-苄烯丁胺的合成提供了新思路。

季铵化纳米纤维素增强预油漆纸性能

【目的】为解决预油漆纸用三聚氰胺–脲醛树脂存在甲醛释放等环保问题,开展了利用无醛水性浸渍胶黏剂和涂料制备无醛预油漆纸的应用技术研究。【方法】以季铵化纳米纤维素改性水性丙烯酸酯乳液作为浸渍胶黏剂制备预浸胶纸,并在表层辊涂水性丙烯酸酯类涂料制备预油漆纸。利用X射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析仪和万能力学试验机分别对预油漆纸的表面化学基团和元素含量变化、热稳定性能和拉伸性能进行分析和测试。【结果】原纸经浸渍季铵化纳米纤维素增强水性丙烯酸酯乳液并涂饰油漆后制备的预油漆纸纵向抗张强度和断裂伸长率分别增加了4.2倍和3.2倍,并且可任意角度折叠,柔韧性能优异。预油漆纸甲醛释放量为0.12 mg/L,达到国内外干燥器法甲醛释放量最严等级—日本标准F星级认证中F^(☆☆☆☆)级(甲醛释放量≤0.3 mg/L)要求。XPS分析表明:与原纸相比,预油漆纸表面化学结构和元素含量发生变化,经过丙烯酸酯胶黏剂和涂料处理后表面疏水性能提高。热重分析结果显示:与原纸相比,预油漆纸的热稳定性能略微下降。除表面耐磨性能和硬度,预油漆纸饰面板的抗冲击性能、耐干热性能、耐湿热性能、耐水性能和耐污染腐蚀性能均能满足GB/T 15102—2017《浸渍胶膜纸饰面纤维板和刨花板》和GB/T 37005—2018《油漆饰面人造板》的要求。【结论】利用季铵化纳米纤维素增强的预油漆纸具有良好的环保和力学性能。

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。