过硫酸铵一步氧化法制备羧基化纤维素纳米晶体及其胆甾型液晶

羧基化纤维素纳米晶体悬浮液在达到临界浓度时可自组装形成胆甾型液晶(N*-LCs)。本工作首先探究了过硫酸铵(APS)一步氧化法的不同实验条件,结果表明制备APS氧化的纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals oxidized by APS, AOCNs)的最佳条件:微晶纤维素CF11与2 mol·L^(-1)的APS溶液按1 g∶100 mL的比例反应,反应温度60℃,反应时间16 h。制备的AOCNs的羧基含量为0.73 mmol·g^(-1),氧化度(DO)为0.12,平均粒径为144.5 nm,悬浮液的Zeta电位可达-40.5 mV。配制不同浓度的AOCNs悬浮液,分别置于比色皿中竖直静置一段时间,成功观察到了AOCNs的溶致N*-LCs所特有的指纹织构。研究结果表明:AOCNs悬浮液形成N*-LCs的临界浓度为4.1%(质量分数),其螺距(P)为15.6μm,并且随悬浮液浓度的增大,P减小。将浓度为5.3%(质量分数)的AOCNs悬浮液自然干燥,可以得到具有斑斓色彩的薄膜,并仍可观察到特征指纹织构,表明胆甾型结构得以保留。

羧基化纳米纤维素乳化马来松香甘油酯乳液稳定性及超疏水纸的制备

采用溶剂助溶乳化法制备了马来松香甘油酯(MAP-DG)乳液,比较了十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和羧基化纳米纤维素(CNF-C)乳化MAP-DG乳液的粒径分布和稳定性。采用双道涂布的方式,机械浆纳米纤维素(CNF)和沉淀碳酸钙(PCC)作为第一道涂布,MAP-DG乳液作为第二道涂布,构建了超疏水性纸张。MAP-DG的最佳合成工艺条件为:m(马来松香)∶m(甘油)=1∶3,引发剂(偶氮二异丁腈)用量为0.40%(以马来松香质量为基准,下同),催化剂(纳米ZnO)用量为2.0%(以马来松香质量为基准,下同),在250℃下反应4 h。CNF-C作为乳化剂,制备的MAP-DG乳液平均粒径达到527 nm,在室温下静置90 d不破乳和分层。双层涂布制备的PCC/CNF/MAP-DG涂布纸与水的接触角为159.1°,表面吸水量(Cobb值)为2.4 g/m^(2),经过200次对折后仍具有超强的疏水性能,并且耐酸碱水溶液,具有良好的化学稳定性。纸张的超疏水性源于微米-纳米双级结构间滞留的空气对水滴的托举,在纸张纤维表面形成致密的疏水层。

羧基化纤维素纳米纤丝对单片层蒙脱土分散性能的研究

本研究使用纤维素纳米纤丝(CNF)作为分散剂制备分散稳定的单片层蒙脱土(MMT)分散液,探究了CNF羧基含量和长径比对单片层MMT分散液的分散稳定性、平均粒径、黏度和得率的影响。结果表明,2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化的CNF(TOCNF)对单片层MMT的分散性能优于羧甲基化CNF(CMCNF)。当羧基含量为1.24 mmol/g时,TOCNF展现出最佳的分散效果。此时,分散液中主要为单片层的MMT,其平均粒径为317 nm。进一步研究表明,当使用质量分数0.1%的TOCNF(1.24 mmol/g)为分散剂时,其分散MMT的最大初始质量分数为1.5%,此时,超声离心后的单片层MMT得率和质量分数分别为52%和0.78%。

羧基化纤维素纳米晶制备工艺优化及其性能表征

该研究以微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)为原料,采用超声辅助柠檬酸酸解法制备含有羧基的纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNCs),并利用单因素试验和响应面试验优化其制备工艺。对制备得到的CNCs进行性能表征。结果表明,响应面优化得到最佳酸解条件为液料比51∶1(mL/g),反应时间3.75 h,反应温度80℃,在此条件下CNCs的羧基含量预测值为1.19 mmol/g。最佳酸解条件经过3次验证试验,所得CNCs的羧基含量实测平均值为1.18 mmol/g,实测值与预测值接近。结果分析表明该条件下制备的CNCs在1735 cm^(-1)处出现C=O基团,表明柠檬酸成功接枝在MCC表面;CNCs属于纤维素I型,其结晶度(74.06%)远高于MCC(69.07%);CNCs呈短棒状,直径约为10 nm~30 nm,长度约为80 nm~200 nm,平均粒度和Zeta电位分别为358 nm和-39.8 mV;柠檬酸上的羧基与MCC的C6原子上的羟基发生了酯化反应。该研究结果可为羧基化CNCs的制备提供一种简便的途径。

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。

甘蔗渣纤维素纳米纤维的制备与表征

以甘蔗制糖废弃物甘蔗渣为原料提取甘蔗渣纤维素(sugarcane bagasse cellulose,SBC),在羧基化预处理的基础上,通过高压均质制备甘蔗渣纤维素纳米纤维(sugarcane bagasse cellulose nanofibers,SBCNFs),对其结构性质进行表征,并探究SBCNFs悬浮液的流变行为。Zeta电位检测结果表明SBCNFs表面带负电荷,透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)结果显示SBCNFs呈纤丝状,直径为3~10 nm,长度为1000~2000 nm。傅立叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X⁃射线衍射(X⁃ray diffraction,XRD)分析结果表明羧基化预处理使SBCNFs表面成功接枝上羧基,其中羧酸根以羧酸盐的形式存在。与SBC相比,SBCNFs的纤维晶型结构没有改变,仍保持纤维素I型结构,但是其结晶度指数由32.62%增加为71.37%。热重(thermogravimetric,TG)分析结果表明SBCNFs热稳定性高于SBC。流变测试结果表明,随着SBCNFs悬浮液浓度提高,其黏度增大、剪切变稀行为增强,在线性黏弹区域内(应力<10%),储能模量(G')大于损耗模量(G″),弹性行为主导,SBCNFs悬浮液表现出固态的性质,且具有较好的触变恢复性。综上,所制备的SBCNFs具有纤维结构且具有较好性能。

蛀粉直接氧化降解制备纤维素纳米晶体的表征

以毛竹蛀粉为原料,采用过硫酸铵在超声波辅助作用下直接氧化降解制备了羧基化的纳米纤维素晶体(CCN).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅利叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对蛀粉及所制备的CCN的微观形貌、谱学性能及晶型结构进行了表征分析.结果表明,蛀粉颗粒呈撕裂状,形状不规则,尺寸为10-50μm;所制备的CCN为球形,粒径约为10-30 nm.FTIR分析结果表明CCN具有纤维素的基本化学结构,在1731 cm-1附近出现了羧基的C=O特征峰.XRD图谱表明制备的CCN属于纤维素Ⅰ型,结晶度为55.75%.

羧基化纤维素纳米晶须对魔芋葡甘聚糖复合凝胶性能的影响

为改善魔芋葡甘聚糖(KGM)凝胶的黏弹性、凝胶强度以及在高温下的热性能,在1.5 g KGM中分别加入0.2、0.5、0.8、1.0 g的羧基化纤维素纳米晶须(CCNC),制得CCNC/KGM复合水凝胶并做空白对照。利用流变仪分析不同配比下的CCNC/KGM的流体行为,对CCNC/KGM水凝胶的微观结构、特征官能团进行表征,并分析其热重情况。结果表明,CCNC添加量为0.8 g以内,CCNC/KGM复合凝胶体系黏度逐渐加大。扫描电镜结果显示,CCNC的添加量在0.8 g时,CCNC与KGM协同所形成的凝胶网状结构空隙丰富,且在熔融状态出现后,此复配比下的凝胶质量损失较纯KGM水凝胶降低了近50%,在高温中表现出更好的热性能,并保留了一定的凝胶特性;因此CCNC和KGM质量比约为0.8∶1.5时,水凝胶的黏弹性、凝胶强度以及高温下的热性能均达到最优,凝胶特性凸显。

纤维素纳米晶体对甘薯淀粉糊化特性和流变特性的影响

采用快速黏度分析仪以及流变仪分析纤维素纳米晶体对甘薯淀粉短期回生的影响。结果表明:随着0.03、0.06、0.09、0.12、0.15 g的纤维素纳米晶体添加到1.5 g甘薯淀粉中,其回生值明显低于纯淀粉。静态剪切流变测试结果表明,复合体系符合幂定律模型,是一种假塑性流体,剪切应力随着纤维素纳米晶体添加量增加而呈现降低趋势,稠度系数K减少,流体指数n增大。动态黏弹性测试结果表明,纤维素纳米晶体增强了体系的流体性。纤维素纳米晶体是一种有前景的淀粉短期回生抑制剂。

阳离子化纳米纤维素晶体增强壳聚糖复合膜的制备及性能

利用水相连续法实现了纳米纤维素晶体(NCC)的高碘酸钠氧化及阳离子化,然后将阳离子化纳米纤维素晶体(CDAC)悬浮液与壳聚糖(CTS)醋酸溶液混合,并采用流延法制得壳聚糖-纳米纤维素(CTS-CDAC)复合膜。采用红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位及粒径分析表征了改性前后NCC的结构与性能,并研究了制得的CDAC悬浮液与CTS醋酸溶液混合时的相容性及CTS-CDAC复合膜中CDAC质量分数对复合膜力学性能、水溶胀性的影响。结果表明:CDAC悬浮液与CTS醋酸溶液混合时相容性良好,CDAC在CTS基质中分散均匀,CTS-CDAC复合膜的力学性能较纯CTS膜明显提高。当复合膜中CDAC的质量分数为12%时,拉伸强度达到最高。另外,CTS-CDAC复合膜在水中的溶胀度较纯CTS膜明显降低,稳定性变好。

纤维素纳米晶体提升柚皮素抗氧化活性的研究

柚皮素是一种黄酮类化合物,具有广泛的药理活性,具有抗炎、抗氧化、抗癌、降血脂等药理作用。然而,柚皮素在水中溶解性能差,生物利用度低,限制了其在临床中的应用。本研究以纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystals,CNCs)为载体,以柚皮素为疏水药物模型,利用反溶剂重结晶法成功制备了CNCs/柚皮素纳米复合物,并表征了所得纳米复合物的性能,分析了纳米复合物中柚皮素的溶出性能和抗氧化活性。结果表明,形成CNCs/柚皮素纳米复合物后,柚皮素得到充分的纳米化和稳定分散,从结晶态转变为无定型态。负载CNCs的柚皮素在水中的溶出性能得到显著提升,120min时累积溶出度达到93.4%;经CNCs负载后,当柚皮素浓度为50μg/mL时,羟基自由基清除率达44.3%,柚皮素的体外抗氧化活性显著提高。

两种方法制备羧基化纳米纤维素及其性能

以棉纤维为原料,通过两种不同的方式制取:硫酸水解-TEMPO氧化两步法以及过硫酸铵一步氧化法制备出两种羧基化纤维素纳米晶体(Carboxylated cellulose nanocrystals,CCNs)。采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、纳米颗粒分析仪、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)及电导滴定法等手段对纳米纤维素的形态结构、结晶性能、化学结构、热稳定性及羧基含量进行了表征。结果表明,两种方式均制备出棒状的羧基化纳米纤维素晶体,均具备原纤维的基本化学结构和晶体结构,但所得的纳米粒子的尺寸及氧化度存在较大差异,结晶度与热稳定性的下降程度也有所不同。本对比研究可为羧基化纳米纤维素晶体的制备及应用提供一定的参考及试验依据。

小球藻藻渣TEMPO法制备纤维素纳米纤维及阳离子染料吸附研究

纤维素是自然界最丰富的生物大分子,普遍存在于植物细胞的细胞壁中。由纤维素分解制备的纳米纤维素因其优越的特性可被用作吸附剂进行污水处理。小球藻细胞壁中纤维素含量丰富而几乎没有木质素,是制备纳米纤维的优质原料。通过TEMPO介导氧化法从小球藻藻渣中制备了羧基化纤维素纳米纤维(TCNF),其平均直径约为2 nm,长度在300 nm左右,羧基含量为1.54 mmol/g。并以亚甲基蓝(MB)为模型染料进行了TCNF的吸附研究。结果表明,TCNF对MB吸附符合伪二级吸附动力学模型,在吸附80 min后基本达到平衡;TCNF对MB的吸附受pH影响较大,pH=8时具有最大吸附量;TCNF对MB的吸附量随MB浓度升高呈线性增加,当浓度高于10 mg/L后吸附趋于饱和;吸附等温线分析发现TCNF对MB的吸附符合Langmuir模型,表明TCNF表面均匀,表面不同位置的吸附能变化不大,为单层吸附。总之,利用小球藻藻渣制备TCNF进行工业废水中阳离子染料的去除,是一种简单且很有前途的的方案。

胶原蛋白/纤维素纳米晶体敷料的制备及性能

借助酸水解法和高碘酸钠氧化法制备氧化度为8.6%~51.3%的双醛化纤维素纳米晶须(DACs)。通过交替抽滤DACs-布洛芬(IBP)混合溶液和胶原蛋白(Col)溶液,制备Col/DACs-IBP多层复合膜。复合膜的结构与性质通过扫描电子显微镜、电子万能试验机和紫外-可见分光光度计进行表征。结果表明:DACs表面的醛基与Col的氨基在膜的多层界面处发生希夫碱反应,形成化学交联网络,导致层间结构更加均一、紧密;提高DACs和Col的分布均匀性以及DACs氧化度能显著改善膜的强度和透光性;最优拉伸强度达54.2 MPa,最优透光率为95.7%;复合膜内89.0%的IBP可在24 h内缓慢释放,且该膜在24 h内能有效促进细胞的黏附和增殖。

纳米纤维素对小麦淀粉糊化和流变特性的影响

将不同比例微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)、纳米晶体纤维素(nanocrystaline cellulose,NCC)、纳米纤化纤维素(nanofibrillated cellulose,NFC)与小麦淀粉(wheat starch,WS)复配,对比研究纳米纤维素对小麦淀粉糊化和流变特性的影响。结果表明:NCC和NFC的加入均会使起始糊化温度降低,峰值和终值黏度升高,促进淀粉的糊化,且NFC的作用效果更明显;MCC则会阻碍淀粉的糊化,抑制淀粉的短期回生。NCC和NFC会促进小麦淀粉糊化时更多可溶性直链淀粉的渗出,与MCC相比显著提升小麦淀粉凝胶的持水能力。Power-Law方程拟合静态流变数据发现:MCC、NCC、NFC加入后小麦淀粉凝胶仍为假塑性流体,NCC和NFC可显著提高小麦淀粉凝胶的K值,是良好的增稠剂。动态流变试验发现NCC和NFC的加入增强了小麦凝胶的弹性,凝胶的结构更为致密,质地更坚硬。

羧基丁苯橡胶/羧基化纤维素纳米晶自愈合复合材料的制备及性能研究

动态交联键的引入可赋予橡胶制品自愈合性能.本文利用氧化锌(ZnO)的Zn^(2+)与羧基丁苯橡胶(XSBR)和羧基化纤维素纳米晶(CCA)的羧基间可形成离子键,CCA的羧基与XSBR的羧基间可形成氢键,制备了具有氢键和离子键双动态交联网络的羧基丁苯橡胶(X/C/Z)复合材料.傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)结果证实在X/C/Z复合材料中构筑了双动态交联网络.与XSBR/CCA和XSBR/ZnO复合材料相比,离子键和氢键共存的双动态交联网络以及CCA和ZnO的协同补强赋予了X/C/Z复合材料更优异的物理机械性能及自愈合能力.当CCA添加量为5 wt%时,随ZnO用量增加,X/C/Z复合材料的交联密度逐渐提高,复合材料的拉伸强度呈递增趋势,而断裂伸长率逐渐下降.同时,ZnO用量的增加提供了更多可与XSBR和CCA上羧基络合形成离子键的Zn^(2+),进而使复合材料的自愈合能力随ZnO含量的增加而提高.利用ZnO和CCA作为补强/交联填料,采用简单便捷的方法制备了性能优异的羧基丁苯橡胶自愈合复合材料,为自愈合复合材料的开发提供了一种思路.

C-CNF表面改性电气石及其分散稳定性

这是一篇矿物加工工程领域的论文。电气石具有自发极化效应、热释电性、远红外辐射和负离子释放等效应被广泛应用。为了增加其在水性涂料中的分散稳定性,改善其在水性涂料中的使用性能,本实验采用羧基化纳米纤维素(C-CNF)对电气石进行表面接枝改性,并对实验条件进行了优化。实验结果表明,当C-CNF的添加量为2 g、反应温度为50℃、反应时间为2 h、固液比为1∶5时,改性电气石的性能达到较佳值,其浊度达到1361 ntu,接触角达到了53°。通过对改性电气石的结构进行表征,发现C-CNF成功接枝到了电气石表面,改性电气石在水性介质中的分散性得到较大的提升。

新型PMMA抗紫外复合材料的制备及表征

首先利用原位合成的方法成功制备了羧基化纳米纤维素(CCNC)/二氧化铈(Ce O_2)抗紫外复合膜。在此基础上,采用热压贴合的方法使之与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合,制备了具有阻隔紫外功能的PMMA/CCNC/Ce O_2膜。通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析证明了CCNC/Ce O_2膜被成功制备且Ce O_2纳米粒子均匀分散在CCNC膜中。紫外-可见分光光度计和应力-应变曲线分析结果表明PMMA/CCNC/Ce O_2膜在330 nm处紫外光屏蔽率高达99. 70%,且复合膜的断裂强度较纯PMMA膜提升了35. 15%。结果表明,PMMA/CCNC/Ce O_2膜具有较好的紫外屏蔽效果,且为提高其他聚合物的紫外屏蔽性能提供了解决方案。