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纳米纤维素及其聚合物纳米复合材料的研究进展

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化工进展 2018年第9期37卷 3454-3470页

作者：林凤采卢麒麟卢贝丽黄彪唐丽荣福建农林大学材料工程学院福建福州350108 福建农林大学金山学院福建福州350002

纳米纤维素(nanocellulose,NC)是一种具有优异力学性能、质轻、高比表面积、可再生、可生物降解等特性的新型纳米材料,纳米纤维素与聚合物结合得到的复合材料被视为新一代生物质基纳米复合材料。文章首先概述了微纤化纤维素(MFC)、纳米... 详细信息

纳米纤维素(nanocellulose,NC)是一种具有优异力学性能、质轻、高比表面积、可再生、可生物降解等特性的新型纳米材料,纳米纤维素与聚合物结合得到的复合材料被视为新一代生物质基纳米复合材料。文章首先概述了微纤化纤维素(MFC)、纳米纤维素晶体(NCC)和细菌纳米纤维素(BC)3种主要纳米纤维素的特性及其主要的制备方法,并对其制备过程中存在的问题进行分析。其次,文章简述了纳米纤维素在亲水性聚合物(淀粉、聚乙烯醇、水性聚氨酯等)和非亲水性聚合物(聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯和环氧树脂等)纳米复合材料方面的研究进展。最后,指出纳米纤维素在绿色工业化生产过程中还需解决生产成本、分离技术、能耗和环境污染等问题。此外,提高纳米纤维素与聚合物之间的界面相容性,开发以纳米纤维素为主体成分的新型纳米复合材料是今后发展的一个重要方向。

关键词：纳米纤维素聚合物纳米复合材料

纤维素基有机-无机杂化复合膜的制备及其吸附性能

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化工进展 2019年第9期38卷 4204-4211页

作者：王梓林凤采熊明诚张松华卢贝丽黄彪福建农林大学材料工程学院

以羧甲基纤维素(CMC)为原料,经高碘酸钠选择性氧化制备双醛基羧甲基纤维素(DCMC),与明胶通过“席夫碱键”化学交联并掺杂海泡石构筑纤维素基有机-无机杂化复合膜。超声波辅助处理能够有效促进微纤维状海泡石在双醛羧甲基纤维素/明胶溶... 详细信息

以羧甲基纤维素(CMC)为原料,经高碘酸钠选择性氧化制备双醛基羧甲基纤维素(DCMC),与明胶通过“席夫碱键”化学交联并掺杂海泡石构筑纤维素基有机-无机杂化复合膜。超声波辅助处理能够有效促进微纤维状海泡石在双醛羧甲基纤维素/明胶溶解体系中的均匀分散,同时产生氢键缔合作用,所得混合液经真空干燥成膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)、热分析仪(TGA)、质构仪对DCMC/明胶/海泡石复合薄膜形貌特征、官能团、热稳定性和力学性能进行表征与分析。结果表明,加入海泡石后复合薄膜力学性能显著提高,当海泡石添加量为0.5g时,拉伸应力和断裂伸长率同时达到最佳效果。复合膜具有良好的热稳定性,显著失重温度在300~350℃范围内。吸附实验表明该复合薄膜材料具备良好的染料吸附性能,对于选定的3种染料(亚甲基蓝、孔雀石绿、藏红T),复合膜吸附量均随海泡石含量的增加而增大,当海泡石添加量大于0.5g时吸附量均超过200mg/g,脱附实验表明该杂化膜可经酸处理解吸再生,有较好的重复利用率。该生物质基有机-无机杂化复合薄膜原料来源丰富,生物可降解,在生物医用和污染防治方面具有潜在应用价值。

关键词：羧甲基纤维素明胶海泡石薄膜吸附复合材料

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一步法制备乙酰化纳米纤维素及其性能表征

化工进展 2016年第2期35卷 559-564页

作者：林凤采卢麒麟林咏梅庄森炀李现艳黄彪福建农林大学材料工程学院福建福州350002

采用机械力化学方法,在4-二甲氨基吡啶（DMAP）催化下一步法制备乙酰化纳米纤维素（A-NCC）。通过单因素研究方法,对影响A-NCC得率的DMAP用量、球磨时间、反应温度、超声时间、反应时间等因素进行探讨及分析。采用透射电子显微镜（TEM）... 详细信息

采用机械力化学方法,在4-二甲氨基吡啶（DMAP）催化下一步法制备乙酰化纳米纤维素（A-NCC）。通过单因素研究方法,对影响A-NCC得率的DMAP用量、球磨时间、反应温度、超声时间、反应时间等因素进行探讨及分析。采用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、热分析仪（TGA）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X射线光子能谱分析（XPS）等对所制备A-NCC的形貌、热稳定性和谱学性能进行分析表征,采用滴定法测量表面羟基的取代度。结果表明：机械力化学法制备的A-NCC呈细长状,直径约为10~30nm,长度约为200~750nm,结晶度为76%,取代度（DS）在0.125~0.214之间;TGA分析表明,A-NCC热分解温度为311℃,低于竹浆。采用机械力化学法制备乙酰化纳米纤维素具有工艺简便、绿色环保的优点。

关键词：一步法机械力化学乙酰化纳米纤维素 4-二甲氨基吡啶

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基于机械力化学作用制备荧光纳米纤维素

化工进展 2020年第4期39卷 1405-1413页

作者：张松华熊明诚王梓林凤采王婷林咏梅黄彪福建农林大学材料工程学院福建福州350108 广西民族大学广西林产化学与工程重点实验室广西南宁530006

采用机械力化学法,以磷钨酸-柠檬酸为复合水解剂处理竹浆纤维,再进一步加入半胱氨酸,使降解的纤维素发生接枝反应,从而在水相中一锅法制备高荧光、高量子产率荧光纳米纤维素(fluorescent cellulose nanocrystals,F-CNC)。研究考察了半... 详细信息

采用机械力化学法,以磷钨酸-柠檬酸为复合水解剂处理竹浆纤维,再进一步加入半胱氨酸,使降解的纤维素发生接枝反应,从而在水相中一锅法制备高荧光、高量子产率荧光纳米纤维素(fluorescent cellulose nanocrystals,F-CNC)。研究考察了半胱氨酸溶液浓度、反应时间、反应温度等因素对F-CNC的得率和荧光强度的影响。采用紫外分光光度计(UV-vis)、荧光分光光度计、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、核磁共振光谱仪(NMR)、X-ray光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)以及热分析仪(TGA)等对F-CNC的光学性质、形貌结构、化学结构、晶体结构以及热稳定性等进行了表征分析。结果表明,半胱氨酸溶液浓度为1mol/L,反应时间为8h,反应温度为140℃,F-CNC的得率为56.8%,荧光量子产率达到34.24%,荧光寿命达到3.44ns,且F-CNC的直径在20~40nm,长度为150~300nm。基于机械力化学法制备F-CNC工艺简便、绿色环保且所制备的F-CNC在水中具有良好的分散性,在防伪和生物传感器中具有潜在的应用前景。

关键词：机械力化学纤维素纳米材料高荧光高量子产率

磷酸锆辅助催化水解菌糠制备纳米纤维素晶体的性能

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化工进展 2016年第3期35卷 866-871页

作者：庄森炀唐丽荣卢麒麟林凤采倪沛钟黄彪福建农林大学材料工程学院福建福州350002 福建农林大学金山学院福建福州350002

以食用菌产业的副产品菌糠为原料,采用磷酸锆催化剂辅助稀硫酸水解制备纳米纤维素晶体（cellulose nanocrystals,CNCs）。与传统酸水解方法相比,该方法简化了工艺流程,制备过程环境友好。考察了超声时间、超声温度以及稀硫酸浓度等因素... 详细信息

以食用菌产业的副产品菌糠为原料,采用磷酸锆催化剂辅助稀硫酸水解制备纳米纤维素晶体（cellulose nanocrystals,CNCs）。与传统酸水解方法相比,该方法简化了工艺流程,制备过程环境友好。考察了超声时间、超声温度以及稀硫酸浓度等因素对CNCs得率的影响。结果表明当超声时间为5h、超声温度为75℃及稀硫酸浓度为12.3%时,CNCs得率为42.80%。采用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及X射线衍射仪（XRD）对样品的微观形貌、谱学性能和晶体结构进行了研究分析,结果表明所制得的CNCs呈棒状,直径介于10~30nm之间;CNCs属于纤维素I型,与原料菌糠相比,结晶度由63.79%增大到81.04%;且CNCs仍具有天然纤维素的基本化学结构。论文研究为菌糠的资源化高效利用开辟了新途径。

关键词：菌糠磷酸锆稀硫酸催化水解纳米纤维素晶体

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功能性纤维素基水凝胶材料及其应用研究进展

林业工程学报 2022年第2期7卷 1-13页

作者：黄彪林凤采唐丽荣卢麒麟卢贝丽福建农林大学福州350108 闽江学院福州350108

水凝胶是一类经物理或化学交联形成具有独特三维网络结构的软物质材料,具有良好的生物相容性、优异的柔韧性、结构可设计性和功能可调性,在多功能材料领域备受关注。纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子材料,除了生物相容性好、可... 详细信息

水凝胶是一类经物理或化学交联形成具有独特三维网络结构的软物质材料,具有良好的生物相容性、优异的柔韧性、结构可设计性和功能可调性,在多功能材料领域备受关注。纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子材料,除了生物相容性好、可生物降解和可再生等优点,纤维素大分子链上的多羟基结构具有形成多重氢键作用的特点,易与水凝胶基体形成良好的分子亲和作用,产生相互叠加及协同作用。同时,纤维素的多羟基结构可为其改性提供活性位点,从而有效提高纤维素水凝胶的功能可调性,赋予水凝胶更多优异特性。在全球“碳达峰”和“碳中和”大背景下,纤维素是构建先进多功能水凝胶的理想绿色基元材料。通过创新设计的方法赋予纤维素水凝胶自愈合、自黏附、导电、抗冻、环境刺激响应等功能特性是当前天然高分子水凝胶领域的研究热点。笔者基于近年来功能性纤维素基水凝胶的研究前沿和动态,介绍了纤维素基水凝胶的构筑策略及其交联机制,梳理总结了纤维素在自愈合水凝胶、自黏附水凝胶、导电水凝胶、环境刺激响应性水凝胶和抗冻水凝胶等功能性凝胶材料领域的研究进展,重点阐述了功能性纤维素基水凝胶在柔性可穿戴设备、组织工程材料、生物医药载体以及伤口敷料等领域的构建及其应用研究进展。最后,总结归纳了功能性纤维素基水凝胶面临的问题与挑战,展望了纤维素基水凝胶材料未来可能的发展前景和研究方向,以期为设计和开发性能优异的纤维素基先进多功能材料提供参考。

关键词：纤维素纳米纤维素多功能材料水凝胶应用研究

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一步法制备双醛基微纤化纤维素及其明胶复合膜

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化工进展 2018年第4期37卷 1522-1528页

作者：林凤采汪雪琴杨旋卢贝丽王思群黄彪林咏梅福建农林大学材料工程学院福建福州350108 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 美国田纳西大学可再生碳材料中心美国诺克斯维尔37996

以竹浆纤维为原料,基于机械力化学法,在高碘酸钠氧化下一步法制备双醛基微纤化纤微素(dialdehyde microfibrillated cellulose,D-MFC),再与明胶交联构筑基于席夫碱键的D-MFC/明胶复合膜。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱... 详细信息

以竹浆纤维为原料,基于机械力化学法,在高碘酸钠氧化下一步法制备双醛基微纤化纤微素(dialdehyde microfibrillated cellulose,D-MFC),再与明胶交联构筑基于席夫碱键的D-MFC/明胶复合膜。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热分析仪(TGA)和质构仪等对D-MFC和D-MFC/明胶复合膜的官能团、形貌结构、热稳定性和力学性能等进行表征与分析。结果表明,机械力化学法制备的D-MFC直径在10~50nm,长度在微米级,醛基含量为0.237mmol/g。D-MFC在复合膜中具有良好的分散性,D-MFC上的醛基与明胶中的氨基发生反应,形成席夫碱键,从而提高复合膜的热稳定性、拒水性和力学性能。当D-MFC添加量为2.0g时,其拉伸强度可达189.1MPa,最大热失重速率温度为338℃,吸湿率降低至11.14%。采用机械力化学法制备D-MFC具有工艺简便、绿色环保的优点,该生物质复合膜在生物医用材料领域具有潜在的应用价值。

关键词：机械力化学氧化微纤化纤维素生物质复合材料

纤维素酶解预处理辅助超声法制备竹浆纳米纤维素

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农业工程学报 2018年第9期34卷 276-284页

作者：汪雪琴卢麒麟林凤采杨旋张松华黄彪唐丽荣福建农林大学材料工程学院福州350002 福建农林大学金山学院福州350002

为了研究绿色、高效制备纳米纤维素(cellulose nanofibrils,CNF)的方法,该研究采用纤维素酶预处理竹浆协同超声波法制备纳米纤维素,对影响纳米纤维素得率的酶用量、酶解温度、酶解时间、超声时间等因素进行考察,得到纳米纤维素的较佳制... 详细信息

为了研究绿色、高效制备纳米纤维素(cellulose nanofibrils,CNF)的方法,该研究采用纤维素酶预处理竹浆协同超声波法制备纳米纤维素,对影响纳米纤维素得率的酶用量、酶解温度、酶解时间、超声时间等因素进行考察,得到纳米纤维素的较佳制备工艺。采用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、旋转流变仪、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、紫外可见分光光度计以及热重分析仪(thermogravimetric analyzer,TGA)对纳米纤维素的形态结构、流变性能、结晶度、热稳定性等进行表征。结果表明,在酶用量8%(纤维素酶/竹浆纤维质量比)、酶解温度50℃、酶解时间10 h、超声时间6 h的条件下制备的纳米纤维素得率高达62.6%。制备得到的纳米纤维素直径约为2~24 nm,长度约为50~450 nm,结晶度为73.05%。热重分析表明,纳米纤维素在700℃后仍有高达15.3%的残余率,说明纳米纤维素的制备条件温和,对结晶区的损害较小,其良好的热稳定性有望在耐热性生物质复合材料领域有较好的应用发展。

关键词：酶超声波纤维素放大试验优化

双重动态共价键交联纳米纤维素导电水凝胶及其柔性传感器

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化工进展 2022年第8期41卷 4406-4416页

作者：邱艺娟林佳伟秦济锐吴嘉茵林凤采卢贝丽唐丽荣黄彪福建农林大学材料工程学院福建福州350108 闽江学院材料与化学工程学院福建福州350108 福建农林大学金山学院福建福州350108

自愈合导电水凝胶因其良好的自愈合性能与导电性能,在柔性可穿戴设备中具有巨大的应用前景。以4-甲酰基苯硼酸(Bn)交联聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯亚胺(PEI)构建基于硼酸酯键和亚胺键的双重动态交联水凝胶网络,引入聚吡咯修饰的纤维素纳米纤... 详细信息

自愈合导电水凝胶因其良好的自愈合性能与导电性能,在柔性可穿戴设备中具有巨大的应用前景。以4-甲酰基苯硼酸(Bn)交联聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯亚胺(PEI)构建基于硼酸酯键和亚胺键的双重动态交联水凝胶网络,引入聚吡咯修饰的纤维素纳米纤维(PPy@CNF)构建了具有良好自愈合和导电性的PBP-PPy@CNF纳米复合水凝胶。结果表明,当PPy@CNF的质量分数为0.8%时,水凝胶的力学性能最佳,其最大应力可达6.65kPa,断裂拉伸应变可达2080%,电导率为2174μS/m。基于该水凝胶的电阻式传感器具有良好的稳定性和重复性,在应变检测范围0~800%内,灵敏因子GF可分为三个线性响应区域,分别是0~200%(GF_(1)=2.82)、200%~600%(GF_(2)=7.15)和600%~800%(GF_(3)=12.85),该传感器能有效检测人体不同部位的运动,可应用于可穿戴传感设备。

关键词：纳米纤维素动态共价键自愈合水凝胶传感器