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。

纤维素纳米晶体的制备方法及其应用进展

纤维素纳米晶体(CNC)因具有可再生性、优异的生物相容性、大比表面积、高结晶度和高抗拉强度而备受关注。综述了CNC的制备方法,如酸水解法、酶水解法、氧化水解法、机械法及其在增强复合材料、生物医学材料、食品包装、电子、导电油墨等领域的应用,介绍了各种制备方法的作用机理并总结了其优缺点。

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。

纤维素纳米晶体手性向列材料研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)是从天然纤维素中提取的纳米纤维素,是一种可再生、可生物降解,且具有生物相容性的功能纳米材料。胶体稳定的CNC颗粒具有在水中自组装成胆甾相液晶的倾向,这种液晶可以根据其周期性、结构和形貌进行改性,因此受到广泛关注;CNC液晶相通过蒸发诱导自组装(EISA)可以形成具有手性向列液晶相的虹彩薄膜,具有广阔的应用前景。本文综述了CNC的手性向列液晶行为、环境响应及其在电子、医疗、食品等行业的应用,并展望了CNC手性向列材料未来的研究方向和发展前景,以期为今后手性材料的研发与应用提供参考。

纤维素纳米晶体基光子晶体薄膜材料的制备及性能研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级纤维素,可通过蒸发诱导自组装(EISA)法形成具有手性向列结构的薄膜,并提供直观的可视化信息,是新一代光子液晶材料的首选。然而,目前CNC基光子材料存在力学性能和动态光学响应性能差等问题,难以实现其功能化扩展,所以通常引入添加剂来提高其柔韧性和适应性。本文结合CNC特性,系统地阐述了当前光子晶体膜的制备工艺及其影响因素,并归纳出不同的可控制备方案,包括力学强度、色彩响应性等,同时分析了CNC基光子材料在不同领域的潜在应用和发展趋势。

水解时间对纤维素纳米晶体性质及其连续相分离行为的影响

本研究采用硫酸水解法制备了一系列细菌纤维素纳米晶体(BCNC),并考察了酸水解时间对BCNC性能及其连续相分离行为的影响。结果表明,随着酸水解时间的延长,BCNC的长度、直径和长径比均逐渐减小。当不同酸水解时间制备的BCNC悬浮液的质量分数均调整到5.00%时,仅酸水解60 min制备的BCNC悬浮液出现连续相分离现象,且第2次相分离得到的各向异性相(BCNC_(60-2b))的体积分数明显小于第1次相分离得到的各向异性相(BCNC_(60-1b))的体积分数。各向同性相和各向异性相BCNC级分的性质存在明显差异,其中各向异性相BCNC的长度、直径、长径比、Zeta电位绝对值和结晶度,均大于相应各向同性相BCNC。因此,多分散的BCNC粒子的自组装不是随机发生的,不同的BCNC粒子具有不同的自组装优先级,而连续相分离行为可用于BCNC的分级。

湿度响应型强韧纤维素纳米晶体结构色薄膜的制备与性能

纤维素纳米晶体(CNC)是纤维素的衍生物,具有纳米材料特性和手性光学特性。为了提高CNC薄膜的力学性能和湿度响应,本研究以多羟基结构的D-木糖和木糖醇为增塑剂和湿敏剂,与CNC悬浮液共混,通过蒸发诱导自组装,制备可湿度响应的强韧CNC复合膜。结果表明:D-木糖和木糖醇添加量为45%的复合膜,其断裂伸长率分别为12.6%和19.15%,是CNC膜的14.8倍和22.5倍;拉伸强度分别增大至86.58MPa和145.9MPa,是CNC膜的1.3倍和2.3倍;随着D-木糖和木糖醇含量的增加,复合膜的结构色逐渐红移,反射波长增大;添加木糖醇的CNC/X薄膜的湿度响应反射波长最大,响应灵敏性最佳。因此,CNC结构色薄膜在智能响应、传感检测等方面具有巨大的应用潜力。

纳米纤维素改性染料溶液及其染色单板耐光色牢度性能

采用纳米纤维素晶体(cellulose nanocrystal,CNC)对红、黄、蓝三种酸性染料进行改性处理得到CNC改性染液,对其粒径分散性、Zeta电位、紫外-可见光吸收性能进行分析,并对染色单板的上染率、耐光色牢度、表面化学结构和微观结构进行研究。结果表明:经过CNC改性处理后的三种染料,分散均匀性和稳定性均得到改善。经CNC-1%改性后的染料,粒径降低,粒径分布均匀性和Zeta电位绝对值提高,紫外-可见光吸收强度下降;染色单板的上染率提高,耐光色牢度达到GB/T 15104—2021《装饰单板贴面人造板》4级要求;染色单板微观结构表面具有纳米纤维素与染料复合形成的纤丝状聚集体。较高添加量(CNC-4%)的CNC会增大对染料的吸附量,导致胶体颗粒增大,团聚情况增加,反而使粒径变大,Zeta电位绝对值降低,从而影响单板的上染率和耐光色牢度。

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。

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。

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。

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。

菠萝叶纤维制备纳米纤维素晶体的研究

菠萝叶纤维经过氢氧化钠预处理、硫酸水解制备得到纳米纤维素晶体（NCC）,再用扫描电镜（SEM）、傅立叶转换红外光谱仪（FTIR）、热重（TG）分析仪和X-射线衍射分析仪（XRD）对其结构和性能进行表征和分析。结果表明,NCC晶体颗粒尺寸为30~50 nm;红外光谱证明非纤维素部分有效去除;NCC晶型仍属于纤维素I,结晶度从75.9%提高到87.5%;比起原纤维,NCC的降解温度明显降低。

源于食品加工副产物纳米纤维素晶体的制备及其在食品中的应用

近年来,作为一种环境友好材料——纳米纤维素,其制备及在材料、食品、化工、医药等领域的应用备受人们关注,其中纳米纤维素晶体具有高长径比、高比表面积、高结晶度、高机械强度和良好的热稳定性等优良特性。在介绍纳米纤维素晶体制备方法的基础上,对源于食品加工副产物纳米纤维素晶体的理化特性(形貌、结晶度、稳定性等)及主要应用方面(作为食品包装材料增强剂、Pickering乳液稳定剂、食品配料等)进行了全面综述,并对纳米纤维素晶体研究存在的问题及今后的发展方向进行了展望。

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。

纳米晶体纤维素增强磷酸钙骨水泥的研究

本研究探索具有良好力学性能的纳米晶体纤维素(NCC)对磷酸钙骨水泥(CPC)抗压强度的影响。采用万能力学试验机、Gilmore双针、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征含不同NCC的CPC理化性能;利用扫描电子显微镜(SEM)和荧光显微镜观察CPC断面形貌和荧光标记的NCC在CPC中的分散。抗压强度结果表明:NCC能显著提高CPC的抗压强度,且2%NCC-CPC的抗压强度最高,约为27 MPa;CPC的凝固时间随NCC含量的增加而延长,含量为2%时基本符合临床要求;XRD和XPS结果显示NCC与Ca2+形成不稳定的配合物,促进了CPC中二水磷酸氢钙(DCPD)和Ca CO3的溶解和转化;SEM观察结果显示加入NCC使CPC内部结构更致密,孔隙和裂纹减少;荧光显微观察结果表明NCC在CPC中均匀分散。

纳米纤维素晶体的制备及其在聚合物中应用的研究进展

介绍了纳米纤维素晶体的制备方法、性质以及在聚合物中的应用。展望其在天然橡胶应用领域的美好前景,是未来天然橡胶研究的重要课题。

一锅法制备羧基化纳米纤维素晶体

为了探究高效、简便的羧基化纳米纤维素晶体(CCN)制备工艺,以微晶纤维素(MCC)为原料,过硫酸铵为氧化剂,采用一锅法制备出羧基化纳米纤维素晶体。并运用响应面分析法对影响羧基化纳米纤维素得率的各因素及其相互之间的交互作用进行优化。再采用透射电镜、马尔文激光粒度仪、红外光谱、X射线衍射和热分析对样品的微观形貌、粒度分布、晶体特性、结构和热稳定性能进行了研究。结果表明:过硫酸铵浓度与时间、温度与时间之间的交互作用比过硫酸铵浓度与温度间的交互作用对羧基化纳米纤维素得率的影响显著。通过优化得到的制备工艺条件为时间204 min、过硫酸铵浓度2 mol/L、温度62℃,优化条件下制备的羧基化纳米纤维素得率为46.41%,与模型预测值(46.93%)吻合较好,表明建立的数学模型是有效的。CCN为直径10~30 nm、长度50~200 nm均匀分布的棒状,Z均粒径为96.92 nm;在1 731 cm-1出现了羧基基团的CO特征峰,表明过硫酸铵分解产生的氧化剂H2O2选择性地把纤维素C6原子上的羟基氧化成了羧基;CCN属纤维素Ⅰ型,结晶度为78.35%;羧基化后的CCN热稳定性相对于MCC有较明显的降低。

纳米纤维素晶体和柠檬酸改性聚乙烯醇薄膜的制备及性能

以球形纳米纤维素晶体(NCC)作增强相、柠檬酸作交联剂对聚乙烯醇(PVA)进行改性,制备了PVA/NCC纳米复合薄膜和柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜。通过热重分析、差热分析、吸水实验和拉伸实验考察了NCC的添加和柠檬酸的交联对薄膜热性能、耐水性和力学性能的影响。结果表明,与纯PVA薄膜相比,改性PVA薄膜的起始分解温度升高、熔融/结晶峰向高温方向移动、吸水率降低;只用NCC或柠檬酸对PVA改性时,所得PVA/NCC纳米复合薄膜、柠檬酸交联PVA薄膜的力学性能均对环境湿度敏感;同时用NCC(m(NCC)/m(PVA)=6/100)和柠檬酸(m(柠檬酸)/m(PVA)=3/100或m(柠檬酸)/m(PVA)=4.5/100)对PVA改性时,所得柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜的力学性能不随环境湿度变化。