纤维素基超疏水材料的研究进展

纤维素是一种可再生的生物材料,具有良好的力学性能、柔韧性和透气性。通过对纤维素表面进行物理和化学改性,可实现纤维素表面超疏水化,从而扩大纤维素的应用范围。本文概述了纤维素基超疏水材料的研究成果和现状,重点介绍了浸渍法、喷涂法、接枝聚合法、气相沉积法、水热法等方法在滤纸、棉纤维、微球等纤维素基材上构建纤维素基超疏水材料。     

纤维素非均相ATRP接枝聚合的研究进展

综述了近十年来ATRP法非均相接枝改性制备纤维素基功能材料的研究进展,重点描述了抗菌材料、超疏水材料、智能响应材料、生物相容性材料、吸附剂材料、增强复合材料等新型纤维素基功能材料的ATRP制备过程、新性能及在不同领域的应用,并分析了纤维素非均相ATRP接枝聚合中存在的问题及今后的发展前景。     

超疏水纤维素复合气凝胶的制备及其油水分离

纤维素气凝胶因具有强亲水性和低油水选择性,且目前纤维素气凝胶表面的疏水化处理过程较冗长,限制了其在油水分离领域的应用。为了解决上述问题,笔者以硫酸水解微晶纤维素制备得到的纳米纤维素(CNC)为原料,利用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)在水相中对其进行硅烷化改性,通过冷冻干燥得到了硅烷化纤维素复合气凝胶。结果表明:所制备的纤维素复合气凝胶具有轻质、多孔特性,随着MTMS添加量的增加,密度逐渐升高(≤0.012 0 g/cm^3),孔隙率略有下降; MTMS的加入对纤维素复合气凝胶的微观形貌影响不大,其骨架结构以二维片层形貌为主,聚甲基硅氧烷均匀地包覆在纤维素片层表面; MTMS的加入使纤维素复合气凝胶的热稳定性明显提高,且未改变纤维素气凝胶的晶型结构,但导致其结晶度逐渐下降。纤维素复合气凝胶的表面接触角随着MTMS添加量的增加而升高,最高达到153.7°,表现出优异的超亲油/超疏水性能。作为吸油材料,超疏水纤维素复合气凝胶不仅可以吸附多种油类和有机溶剂(吸附容量达到52～121 g/g),而且表现出很好的循环使用性能。     

硬脂酸/TiO_2/CNF超疏水复合材料的制备与表征

研究了一种利用硬脂酸对纳米二氧化钛(Nano-TiO_2)和纤维素纳米纤维(CNF)复合物进行有机表面修饰的新方法,主要包括纳米二氧化钛、纤维素纳米纤维的制备和利用硬脂酸对Nano-TiO_2/CNF复合体系进行有机表面修饰制得超疏水材料三个工艺过程。通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和场发射扫描电子镜(SEM)等对所得的样品进行表征,得出硬脂酸中的—COOH基团与TiO_2/CNF复合体系表面的—OH基团发生脱水反应,并将疏水性—CH_3基团引入复合体系中,复合体系表面构建的纳米级粗糙结构协同体系内引入的疏水基团使最终产物具有超疏水性。     

改性纳米结晶纤维素对水性聚氨酯浸润性的研究

利用硅烷偶联剂对纳米结晶纤维素(NCC)进行表面改性以提高其对水性聚氨酯的浸润性,并以改性NCC关于水性聚氨酯的接触角为主要依据,研究了NCC表面改性对浸润性影响规律.实验以硅烷偶联剂SCA-1、SCA-2、SCA-3为改性剂,以水性聚氨酯为有机相.结果表明:1)SCA-1、SCA-2、SCA-3中不同的疏水性基团,能使改性NCC关于水性聚氨酯的浸润能力产生不同程度的提高;2)SCA-3结构中的环氧基团空间位阻效应明显,SCA-3用量8％时可使改性后的NCC对水性聚氨酯浸润性提高37.7％.     

纳米纤维素在纸基功能材料中的应用进展

介绍了纳米纤维素的分类及性质,纳米纤维素分为纳米纤维素晶体(NCC)、微纤化纤维素(MFC)和细菌纳米纤维素(BNC)。NCC呈棒状晶须结构,结晶度高且具有高的力学性能;MFC呈纤丝状,具有宽的尺寸范围和更大的长径比,比表面积大,成氢键能力强;BNC呈超细网络状纤维结构,化学纯度和聚合度高,保水能力强。综述了纳米纤维素在纸基增强材料、纸基抗菌材料、纸基过滤材料、纸基导电材料、纸基发光材料、纸基绝缘材料、纸基疏水材料和纸基传感器材料领域的应用现状,并对其在纸基功能材料未来发展方向进行了展望。     

纳米纤维素疏水改性的研究进展

纳米纤维素是从天然纤维素中提取的一种纳米级纤维素,它不仅具有纤维素的基本特征,还具有因纳米尺寸带来的大的比表面积和独特的强度以及光学性能,但纤维素中存在的游离羟基具有亲水性,使纳米纤维素材料在潮湿环境中的挺度下降,这限制了它的应用领域,因此,对纳米纤维素进行疏水改性可扩大其适用范围.本文综述了近年来对纳米纤维素进行疏水...     

超疏水磁性纤维素气凝胶的制备及其吸油性能

以水溶性的甲基纤维素和磁性Fe_3O_4纳米粒子为原料,经过共混、环氧氯丙烷交联及冷冻干燥等过程制备了磁性纤维素气凝胶,并进一步以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)为改性剂,通过化学气相沉积法对气凝胶进行改性,得到超疏水磁性纤维素气凝胶材料。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和光学接触角测量仪对气凝胶的结构性能进行表征分析,结果表明所制备的气凝胶具有三维贯通的多孔网络结构,表面改性没有改变气凝胶的微观结构;经HDTMS修饰后的磁性纤维素气凝胶具有超疏水和超亲油性能(水接触角为150.4°,油接触角为0°)。气凝胶展现出良好的油/水选择性和较高的油吸附能力,对多种油品和有机溶剂的吸附量达到45～98 g/g;吸油后的气凝胶可通过磁铁快速回收。气凝胶具有可多次循环使用的性能,循环使用30次后吸附能力仍然保持在80%以上,可以通过简单的力学挤压把吸附的油挤出来,使得废油的回收利用过程变得简单,同时也有利于节约吸附材料,降低油水分离成本。     

竹材表面仿制类玫瑰花超疏水结构的研究

为克服竹材因吸水吸湿而引起的缺陷,在竹材表面利用软印刷技术仿制玫瑰花微纳褶皱结构表面,以玫瑰花瓣为模具、硅基聚合物为印章,经过2次转印处理使竹材具有超疏水表面。样品表面利用电子扫描显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及接触角(WCA)进行测试,结果表明:仿生制备的类玫瑰花竹材样品具有与玫瑰花瓣相似的乳突状微米结构和凹槽状纳米结构的粗糙褶皱表面,其水接触角达到154.5°,接近玫瑰花瓣表面的接触角160.5°,表现出超疏水特性。类玫瑰花结构竹材样品的成功制备,为竹材的疏水改性探寻了一种新的途径。     

木质纳米纤维素基材料热传导性能研究进展

木质纳米纤维素基材料,如气凝胶或泡沫,具有原料广泛、生物可降解且多孔性等特征。作为常温常压下使用的非导体材料,其热传导主要取决于气体传导,其次为固体传导,而对流和辐射换热则可忽略不计。研究者致力于通过筛选干燥方式（如超临界干燥、冷冻干燥、气干或者烘干）、优化干燥工艺参数、添加纳米填料以及疏水改性来调控材料的孔径以及超微结构,进而获得热导率低于空气热导率,室温下为25 mW/（m·K）的超级保温材料。这类材料有望替代市场上常见的建筑或包装用石油基保温材料,可极大地减少环境污染压力。文中概述木质纳米纤维素基材料的热传递过程,讨论木质纳米纤维素基材料的热传导及其影响因子和作用机制,期望对开发新型的、具有低热导率的超级保温材料提供参考。     

基于玫瑰花瓣超疏水高/低黏附特性利用软印刷技术构筑超疏水高黏附性竹材表面的研究(英文)

基于天然遗态材料植物叶片表面特殊形态及功能特性的启发,如荷叶微纳米结构的超疏水自洁特性、玫瑰花瓣微纳米结构的超疏水粘附特性。研究采用软印刷技术,分别以新鲜和干燥的玫瑰花瓣作为模板,通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)成功地转印制备了类玫瑰状超疏水竹材表面。扫描电镜(SEM)表明,类玫瑰花瓣表面形貌在制备超疏水竹材中起着非常重要的作用。玫瑰花瓣的干燥或潮湿可能使玫瑰表面具有不同的微/纳米结构,具有不同的间距值,表现出不同的高粘附性或低粘附性。新鲜的玫瑰花瓣乳突结构具有超疏水和高粘附性表面;然而,干燥的玫瑰花瓣的乳突结构中具有超疏水和低粘性表面。类玫瑰状竹材的成功制备,可有效防止水分侵入竹材,延长竹子在不同领域的使用寿命。针对玫瑰花瓣的超疏水特性,可有效提高竹材的附加值,也将为竹/木材的疏水改性提供了一个新的研究方向。     

生物质纤维素基碳气凝胶材料研究进展

作为一种新型轻质多孔的功能性气凝胶,生物质纤维素基碳气凝胶具有独特的各向同性三维网络层级结构,该结构使生物质纤维素基碳气凝胶兼具气凝胶的高比表面积、高孔隙率、低密度以及碳材料的耐热性、导电性和生物质材料的可降解性、生物相容性,是近年来纳米功能性材料领域的研究热点之一。生物质纤维素基碳气凝胶原材料来源广泛,包括木材、竹材、果蔬等植物及其加工物、海洋生物和细菌等。基于原料形态不同,本研究将生物质纤维素基碳气凝胶的制备方法归结为凝胶炭化法和生物质直接炭化法,并详细介绍2种方法的制备工艺。基于生物质纤维素基碳气凝胶独特的层级孔状结构,本研究概述碳气凝胶的轻质多孔、疏水性、稳定性和导电性以及生物质纤维素基碳气凝的金属掺杂和杂原子掺杂改性,这些优异的材料特性使其在隔热、电化学、吸附等领域有着广泛应用,并有望渗透到药物缓释、抗菌材料、组织工程和电磁屏蔽等更多的前瞻性新兴材料领域。围绕生物质纤维素基碳气凝胶的功能化制备、性能表征和应用,创新性的研究理论和研究方法正在不断涌现,本研究在深入分析研究现状的基础上,展望生物质纤维素基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景。生物质纤维素基碳气凝胶作为一种新型绿色材料,以其独特的热学、电学、光学及力学性能,可为生物质的高值化、功能化应用提供更多的研究思路,具有更加广泛的应用前景。     

纳米纤维素基吸油气凝胶的制备及性能

以竹粉为原料制备纳米纤维素基体材料,以聚乙烯醇(PVA)为增强相,在酸性环境下采用冷冻干燥法制得PVA/CNFs(纳米纤维素)复合气凝胶;采用三甲基氯硅烷(TMCS)对其进行疏水改性处理,随后将其浸渍到还原氧化石墨烯(r GO)悬浮液中,最终制得疏水型r GO/PVA/CNFs复合气凝胶;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、接触角(CA)和吸油性能测试,对所制气凝胶的微观形貌、化学结构、疏水性能及吸油性能进行表征。结果表明:制得的复合气凝胶密度为6.78 mg/cm3,具有均匀的三维网状多孔结构,且孔洞结构表面均被石墨烯片层覆盖;经过TMCS疏水处理后,在气凝胶表面形成疏水层结构。FT-IR和Raman分析表明,TMCS疏水改性处理并未改变PVA/CNFs复合气凝胶的化学结构。经疏水处理后气凝胶与水的接触角为138°左右,吸油倍率为78 g/g左右,且吸附过程迅速,饱油后也能悬浮于溶液表面,便于回收再利用。     

化学交联贻贝仿生超疏水木材的构建与性能表征北大核心

聚多巴胺(PDA)修饰的木材表面具有较强粘附特性和表面化学反应活性,通过引入氨基改性纳米二氧化硅(SiO;)粒子构建木材粗糙表面,采用乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,提高纳米SiO2粒子在木材表面的稳固性,采用十八烷基三甲氧基氯硅烷为低功能化改性剂制备表面稳固的超疏水木材。研究表明:当纳米SiO;粒子浓度为2%时,接触角最大为156.6°,滚动角为4.7°,超疏水木材表面经过超声波震荡、模拟下雨冲刷、加热、酸碱腐蚀及有机溶剂浸泡等处理后,仍具有较强的超疏水稳固特性。     

纳米纤维素晶须增强生物聚酯P(3,4)HB复合材料

由于纳米纤维素晶须(CNW)表面含有丰富的羟基,亲水性强,制约了其在疏水性聚合物体系中的应用。本研究以硅烷偶联剂KH-550对纳米纤维素晶须进行改性,降低其表面的亲水性,再以改性后的纳米纤维素晶须(STCNW)为增强相、可生物降解聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3,4)HB]为基体,采用溶液浇铸法制备P(3,4)HB/STCNW纳米复合材料。通过傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射仪、接触角测试、扫描电镜、偏光显微镜、拉伸测试和热重分析仪等对其微观结构、表面形貌、结晶行为、力学性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:改性后的纳米纤维素晶须具有良好的疏水性,可均匀分散在P(3,4)HB基体中形成纳米复合结构,能促进P(3,4)HB结晶的形成,提高基体的拉伸强度和弹性模量等力学性能,但热稳定性稍差。     

纤维素基水油分离材料的研究现状

随着全球经济的快速发展,大量油性废水从人们的日常生活和工业中被排放出来,泄油事件也频繁发生,已造成严重的环境问题,因此油水分离材料的研究受到越来越多的关注。纤维素具有很好的生物降解性、生物相容性和力学性能,将纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、微晶纤维素等不同形态的纤维素通过功能化修饰后可以制备出具有优异水油分离效果的纤维素气凝胶、水油分离膜或改性纤维素滤纸;而直接对木材或棉纤维进行脱木素处理也可以得到高吸油性的水油分离材料。纤维素基水油分离材料不仅疏水性好且吸油倍率高,还具有可循环使用以及无二次污染等诸多优点。笔者介绍了近年来以天然生物质中的纤维素为基材构建各类水油分离材料的研究现状,并对不同类型水油分离材料的吸油疏水特性进行阐述,还对制备工艺过程中存在的问题以及未来的研究发展方向进行了展望。以天然纤维素为基体材料制备绿色环保功能型水油分离材料对于可持续发展具有重要的意义,而探索出更加绿色环保、制备工艺简单、低成本,且加工剩余物对环境不会造成二次污染的制备方法,并提高纤维素基水油分离材料的机械性能和重复使用性等是今后研究的重点。     

纤维素基自愈合凝胶研究现状

纤维素是自然界丰富的天然有机高分子,具有价廉易得、环境友好、力学性能良好等优点,开发和利用空间非常广阔。传统水凝胶存在力学强度差、结构功能单一等问题,而引入纤维素及其衍生物是改善其性能的一种重要手段。因此通过物理或者化学方法对纤维素进行改性,制备具有自愈合性能的凝胶,受到科技工作者的广泛关注和研究。笔者以物理型和化学型自愈合凝胶为主线,综述了近年来采用纤维素制备自愈合材料的研究进展,为纤维素基自愈合凝胶的制备和应用提供参考。以纤维素基凝胶的自愈合机理进行分类,重点介绍了利用氢键、疏水相互作用、主-客体相互作用、金属配位作用和静电作用等物理作用,以及硼酸酯键、双硫键、酰腙键、烯胺键和Diels-Alder反应等化学作用构建的凝胶。分析了自愈合凝胶的设计思路,探讨了凝胶自愈合性能的影响因素,同时总结了基于纤维素制备的自愈合凝胶的结构特性及其在柔性电子、生物医疗、组织工程等方面的应用。最后,探讨了纤维素基自愈合凝胶所面临的问题,并展望了其研究前景。     

纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料的研究进展

纳米纤维素是一种高透明度、高机械强度的材料，使用不同的方法如真空过滤法、溶液浇铸法等可将其制备成膜材料。通过对纳米纤维素进行改性或添加紫外屏蔽剂可以提高膜材料的紫外屏蔽性能，实现其在光敏材料覆膜、食品包装、紫外防护等领域的应用价值。首先介绍了紫外屏蔽剂作用机制，重点综述了改性纳米纤维素、纳米纤维素/无机氧化物、纳米纤维素/木质素及其他复合紫外屏蔽膜材料的研究进展，最后总结并展望了纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料制备及应用所面临的机遇和挑战。     

木材耐久性超疏水表面构建研究进展

木材作为一种天然可再生材料,富含亲水性基团且孔隙结构发达,因而具有很强的吸湿/水能力,易发生变形、开裂、腐朽等问题。基于“荷叶效应”原理,仿生构建木材超疏水表面是有效隔离木材与水分接触,赋予木材防水、防污、自清洁等优良特性的木材功能性改良新途径。然而超疏水木材在实际应用中不可避免地要受到刮擦磨损、阳光辐射、化学腐蚀等外界因素的影响,容易造成表面微/纳米粗糙结构的破坏或低表面能物质的降解,从而导致超疏水性能的降低或丧失,限制了超疏水木材的实际应用,因此设法提高木材表面超疏水涂层的机械稳定性和耐久性是亟待解决的关键问题。笔者首先分析了木材超疏水表面耐久性差的主要原因,介绍了木材超疏水表面耐久性能的测试方法,重点综述了木材耐久性超疏水表面的构建策略及其最新研究进展,最后对超疏水木材研究中存在的一些问题及发展趋势进行了总结和展望。     

纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料研究进展

利用木材等生物质资源制备的纳米纤维素,因其独特的纳米结构和性能优势在诸多领域广泛应用。纳米纤维素具有精细的尺寸,且表面含有大量的羟基,其组装制备的材料可以拦截微纳尺寸的颗粒,纳米纤维素间的孔隙有利于水分和其他类型的亲水性液体的快速流动通过。开发纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料,不仅有利于环境净化、回收昂贵的微纳颗粒,而且为纳米纤维素基材料的提质增效提供新的研究思路。本文综述纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料的开发与应用研究进展。介绍纳米纤维素的类型、制备方法以及结构特征,总结利用纳米纤维素为基本单元来构筑纳米纤维素/电纺纤维复合材料、纤维素纳米纸和纳米纤维素凝胶薄膜的方法,阐述利用不同类型的纳米纤维素基过滤材料分离不同类型微纳颗粒的过滤效果,并对此领域研究面临的问题以及未来重点研究方向进行展望分析。