在納米尺寸范圍操縱纖維素分子及其超分子聚

1、在納米尺寸范圍操縱纖維素分子及其超分子聚集體,設計并組裝出穩(wěn)定的多重花樣,由此創(chuàng)制出具有優(yōu)異功能的新納米精細化工品、新納米材料,成為纖維素科學的前沿領域1 3 。與粉體纖維素以及微晶纖維素相比,納米纖維素有許多優(yōu)良性能,如高純度、高聚合度、高結晶度、高親水性、高楊氏模量、高強度、超精細結構和高透明性等。因此,納米纖維素的制備、結構、性能與應用的研究在目前是國內外纖維素化學研究的重點和熱點。國內納米纖維素的研究以丁恩勇研究員2 , 4 為代表,在最近幾年研發(fā)并實施生產。國際上是最近十幾年來開始系統(tǒng)地研究納米纖維素1 , 3 , 5 ,已經在制備、表面修飾、表征、復合材料和電極等功能特性應用方面做

2、過許多嘗試性的研究,有些成果已經商品化: 如Gengifle R 已用于齒根膜組織的恢復;在二級和三級燒傷、潰瘍等治療中Biofill R 已被成功地用作人造皮膚的臨時替代品;BASYCR 可用作人造血管和神經縫合的保護蓋罩;“nata de coco”的纖維素傳統(tǒng)食品;用于化妝紙膜的BioCellulose 和NanoMasque R 等等3 。開展納米纖維素超分子的可控結構設計、立體和位向選擇性控制與制備、分子識別與位點識別等自組裝過程機理、多尺度結構效應的形成機理等基礎理論性研究,在納米尺度上操控纖維素分子、晶體及其超分子,制備性能優(yōu)異的納米纖維素晶體,是將來納米纖維素化學的主要研發(fā)方向

3、。本文綜述了納米纖維素晶體、復合物、纖維等的制備方法。1 納米纖維素化學基礎纖維素在結構上可以分3 層: (1) 埃米級的纖維素分子層; (2) 納米級的纖維素晶體超分子層; (3)原纖超分子結構層,該層是由纖維素晶體和無定形纖維素分子組裝成的基元原纖等進一步自組裝的各種更大的纖維。纖維素的化學結構是由D2吡喃葡萄糖環(huán)彼此以2(1 , 4) 糖苷鍵以C1 椅式構象連接而成的線形高分子。纖維素大分子中的每個葡萄糖基環(huán)上均有3 個羥基,這3 個羥基在多相化學反應中有著不同的活性特性。據此Klemm 等6 發(fā)明纖維素分子上的立體定點選擇性取代技術,對第2、第3、第6 個碳原子上的羥基實施個別羥基取代

4、,可以合成結構、性能非常特殊的纖維素化合物,從而在一定條件下可以設計無水葡萄糖單元上的化學官能基團的種類與位置7 ,并且在這3 個羥基上可以分別控制化學官能基團的取代度和取代度的分布8 , 9 。纖維素分子上的羥基可以發(fā)生氧化、酯化、醚化、接枝共聚等反應7 10 ,可以調控纖維素分子的分子量、取代官能團的分布控制等結構。從而在無水葡萄糖單元上乃至纖維素高分子鏈上可以從化學結構上設計纖維素的化學結構,制備多種性能非常優(yōu)異的化工產品7 。纖維素晶體由于來源和預處理的差別,有不同的晶型、形狀、結構、粒徑尺寸等。海藻類Valinia 的結晶度為94 %;細菌纖維素的結晶度高于普通高等植物纖維,而低于動

5、物纖維(tunicin) 。纖維素有5種結晶變體,即纖維素、纖維素、纖維素、纖維素和纖維素11 。Atalla 和VanderHart12 發(fā)現(xiàn)天然纖維素晶體是同質異晶混合物: 三斜晶胞和單斜晶胞,兩種晶型的比例主要取決于原料來源。動物纖維素(tunicin) 是純型; 海藻Valinia 65 %的晶體為型,35 %為型;細菌纖維素晶體約60 %為型,40 %為型;而棉麻等植物的纖維素晶體僅30 %為型,70 %為型;其它木本植物纖維素晶體也以型為主。除了完整的纖維素結晶結構外,纖維素分子可以形成無定形和在某些特定方向或區(qū)域形成的向列纖維素組成了“有序”但沒有結晶的結構,如液晶或向列有序的纖

6、維素(nematic ordered cellulose) 13 , 14 。由于氫鍵和范德華力的作用,天然植物內纖維素分子聚集形成橫截面約為3nm 3nm ,長度約為30nm的基元原纖?；w聚集形成橫截面約為12nm 12nm ,長度不固定的微原纖。微原纖聚集形成橫截面約為200nm 200nm ,長度不固定的大原纖。微原纖周圍分布著無定型的半纖維素;大原纖周圍分布著無定型的半纖維素和木質素,其纖維結構和化學組成以及分布也隨原料來源和加工條件而異。這些晶體、向列有序的和無定形的纖維素依靠其分子內和分子外的氫鍵以及范德華力維持著自組裝的超分子結構和原纖的形態(tài)15 。氫鍵決定了纖維素的多種特

7、性: 自組裝的超分子特性、結晶性、形成原纖的多相結構、吸水性、可及性和化學活性等各種特殊性能16 。由于纖維素有很強的分子內和分子外的氫鍵作用,因此,從植物纖維素分離出分散穩(wěn)定的單一納米級基元原纖一直是纖維素科學界的難題。通常需要在制備納米纖維素的同時表面化學改性,從而獲得穩(wěn)定分散的溶液或者膠體。2 納米纖維素分類納米纖維素超分子以其形貌可以分為以下3第 10 期 葉代勇 納米纖維素的制備 1569 類:納米纖維素晶體(晶須) 、納米纖維素復合物和納米纖維素纖維。211 納米纖維素晶體強酸水解植物、細菌、動物纖維素和微晶纖維素可制備納米纖維素晶體(晶須) 5 , 17 , 18 。這種晶體長度

8、為10nm 1m ,而橫截面尺寸只有5 20nm ,長度與橫截面尺寸的比為1 100。Grunert5 描述了納米纖維素晶體的制備和表面改性,圖1 為用硫酸水解細菌纖維素而制備的納米纖維素。William 等19 用醋酸酯、馬來酸酯、硫酸酯、三甲基硅烷對納米纖維素晶體進行表面化學修飾。這種表面改性的納米纖維素晶體可以用作復合材料里的強化劑,例如高效液相色譜分離材料、刺激響應材料等。Gray 等20 研究了納米纖維素晶體在高濃度、添加右旋糖酐等化合物時自組裝形成手性向列的液晶,干燥液晶的納米纖維素晶體懸浮液后形成焦點圓錐形的膜。納米纖維素晶體的楊式模數(shù)為150GPa 左右,張力應為10GPa 左

9、右21 。納米晶體(晶須) 既是天然高分子,又具有非常高的強度,因此既可以作為新型的納米精細化工產品,又可以作為納米增強劑。圖1 硫酸水解的細菌纖維素的顯微照片5 Fig. 1 TEM picture of sulfuric2acid hydrolyzed bacterialcelluloses5 212 納米纖維素復合物將纖維素與復合的另一材料混合,加入適宜的N2甲基嗎啉2N2氧化物PN2甲基吡咯烷酮P水、氯化鋰PN , N2二甲基乙酰胺22 、N2甲基嗎啉2N2氧化物P水等纖維素溶劑,通過(1) 溶劑澆鑄后真空或者常壓下?lián)]發(fā)掉溶劑、(2) 冷凍干燥、(3) 熱壓法或者(4) 擠壓法可獲得在

10、一維尺寸上為1 100nm 的纖維素的復合物23 , 24 。圖2 為溶劑澆鑄的纖維素2聚乳酸納米復合物的原子力顯微照片23 。普通有機聚合物膜片的楊氏模數(shù)一般在5GPa 以下,而純納米纖維素膠制成干膜,其楊氏模量可超過15GPa 。經熱壓處理后,納米纖維素膜的楊氏模量可與金屬鋁相當,如此高的楊氏模量是由于納米級超細纖維絲的高結晶度和纖維之間的強大拉力所造成的23 , 24 。因此納米纖維素復合物的強度高,熱膨脹系數(shù)低,同時透光率高25 。圖2 低溫切片機制備的溶劑澆鑄的纖維素2聚乳酸納米復合物的原子力顯微鏡的相襯象(A) 和形貌象(B) 23 Fig. 2 AFMphase contrast

11、 image (A) and topography image(B) of a cryomicrotomed surface of the solution2cast cellulose2poly(lactic acid) nanocomposite23 213 納米纖維素纖維納米纖維素纖維是從纖維素溶液中電紡紗制備直徑為80 750nm 的微細纖維素纖維26 ,如圖3 所示。將纖維素直接溶解于乙二胺P硫氰酸鹽、N2甲基嗎啉2N2氧化物PN2甲基吡咯烷酮P水、氯化鋰PN , N2二甲基乙酰胺、N2甲基嗎啉2N2氧化物P水等纖維素溶劑中,調整溶劑系統(tǒng)、纖維素的分子量、紡紗條件和紡紗后處理可以獲得

12、微細的、干的、穩(wěn)定的納米纖維素纖維27 , 28 。既可以用作紡織的原材料,也可以用作超濾膜等膜分離。圖3 由9 %纖維素PN2甲基嗎啉2N2氧化物P水溶液電紡紗制備的纖維顯微照片26 Fig. 3 SEM image of electrospun fibers from 9 wt % cellulosePNMMOPwater solution26 3 納米纖維素的制備方法納米纖維素主要來源于植物17 ,如棉花、木材、一年生能源植物等。除植物界外,細菌、動物也生產纖維素。如木醋桿菌( acetobacter xylinum) 可以合成細菌纖維素3 , 29 ;被囊類動物(tunicate) 可

13、以合成動1570 化 學 進 展 第 19 卷物纖維素(tunicin) 21 。纖維素酶催化聚合人工合成纖維素30 和完全化學的方法開環(huán)聚合人工合成纖維素31 的研究工作也已經取得了較大的進展。311 化學法制備納米纖維素最早的納米纖維素膠體懸浮液是由Nickerson和Habrle 在1947 年用鹽酸和硫酸水解木材與棉絮制造出的18 ,Ranby 等17 在1952 年用酸解的方法制備了大約50 60nm 長,5 10nm 寬的納米纖維素晶體。沿用這一方法,Favier 等1 從1995 年開始研究纖維素晶須增強的納米復合物。Gray 等17 ,20 從1997 年起通過硫酸酸解棉花、木

14、漿等原料獲得了不同特性的納米纖維素,并研究了其自組裝特性和纖維素液晶的合成條件。Bondeson 等18 在2006 年優(yōu)化了水解挪威云杉制備微晶纖維素的條件,獲得快速高得率的制備納米纖維素膠體的方法。納米晶體的大小、尺寸和形狀在一定程度上由纖維素原料決定17 19 , 32 。纖維素的結晶度,微原纖的尺寸隨物種的不同而發(fā)生極大的變化。由高度結晶的海藻和被囊類動物的纖維素微原纖制備的納米晶體達到幾微米長。盡管木質微原纖結晶程度較低(50 % 83 %) ,但可以制備出較短的納米晶體。表1 列出了不同纖維素原料納米晶體尺寸,被囊類動物、細菌和海藻納米纖維素的橫截面與微原纖差不多,而棉花和木材納米

15、纖維素與基元原纖差不多。表1 不同原料的納米纖維素17 19 , 32 Table 1 Nanocelluloses from different sources17 19 , 32 source length cross sectiontunicin 100nm severalm 10 20 nmbacterial 100nm severalm 5 10nm by 30 50nmvalonia 1 000nm 10 20nmcotton 200 350nm 5nmwood 100 300nm 3 5nm用鹽酸和硫酸在中等溫度(60 左右) 水解不同的纖維素原料(棉花、木漿、細菌纖維素、被囊類

16、動物纖維素等) 可以制備1 %左右的納米纖維素懸浮溶液。強酸的種類、溫度、酸的濃度、纖維素的用量、反應時間等水解條件會影響納米晶體的性質17 19 , 32 。不同的酸影響懸浮液的性質表現(xiàn)在: 鹽酸水解產生的納米纖維素有最小的表面電荷;而用硫酸水解則產生高穩(wěn)定的水溶液懸浮液,這是由于硫酸酯化納米纖維素表面羥基。在高于臨界濃度時,表面改性的納米纖維素晶體形成各向異性的液態(tài)晶體結構17 。酸的濃度低則粒徑大,反之,粒徑小。纖維素的用量少則粒徑小。反應時間越長生成的納米晶體越短。另外一種方法是酶解,即利用纖維素酶選擇性地酶解掉無定形的纖維素而剩下部分纖維素晶體。Brumer 等33 研究通過轉糖基酶

17、以化學和酶同時改性的方式活化納米纖維素晶體表面,從而不至于在纖維素晶體表面修飾的同時破壞基元原纖和晶體內部結構。Grunert5 在納米級纖維素晶須表面上引入硅官能團,用于制備高性能的復合材料。丁恩勇研究員等4 以超聲波分散加強水解的化學方法制備得到了納米纖維素,他們用硫酸水解棉短絨得到納米晶體纖維素,然后用1 %的NaOH 處理后可得到納米晶體纖維素。研究表明由于粒徑及比表面積的變化,納米微晶纖維素的熱行為與天然纖維素以及經過前處理的纖維素相比,具有一些獨特的性質4 。2006 年葉代勇等34 以短棉絨、木漿等為原料,模仿纖維素納米基元原纖在植物、細菌纖維素生長中的原理,制備出了可以控制物理

18、尺寸和表面化學官能基團的種類、取代度及其分布的納米纖維素。312 生物法制備細菌納米纖維素Brown 等3 于1886 年發(fā)現(xiàn)Gluconacetobacterxylinus 菌株可以生產細菌纖維素。Fink 等35 發(fā)現(xiàn)713nm 的無水納米纖維素可聚集成為70 150nm寬度的微原纖。較細的細菌纖維素纖維寬約10nm ,厚約3 8nm ,每一絲狀纖維由一定數(shù)量的微纖維組成,微纖維的大小與結晶度有關。細菌纖維素的結構隨菌株種類和培養(yǎng)條件的不同而有所變化3 。Asako 等36 采用Acetobacter xylinum ATCC23769 在不同pH、不同溫度下發(fā)酵可分別產生和型纖維素。能生

19、產纖維素的細菌種類較多,其中木醋桿菌( Acetobacter xylinum) 是目前已知合成纖維素能力最強的微生物菌株。楊禮富29 介紹了木醋桿菌的纖維素合成過程及其特性。根癌農桿菌( Agrobacteriumtumefaciens) 為革蘭氏陰性桿菌37 ,在培養(yǎng)基中,菌體分泌出胞外纖維素質膠和纖絲的速度較慢,僅為木醋桿菌的1P10 ,制備的細菌纖維素是型纖維素。八疊球菌( Sarcina ventriculi ) 可產生胞外無定型纖維素37 ,有利于菌體獲取營養(yǎng),其生產力也遠不及木醋桿菌。根瘤菌( Rhizobium sp. ) 可產生不定型纖維素膠質,借以緊密吸附植物根表并形成與植

20、物共生的根瘤結構37 。其它還有假單胞細菌( Pseudomonas) 的極少數(shù)種也可產生少量纖維素37 。細菌纖維素化學組成和分子結構上與天然植物纖維素相同。細菌纖維素沒有與植物纖維素伴生的第 10 期 葉代勇 納米纖維素的制備 1571 木質素、果膠和半纖維素等,具有可達95 %的高結晶度,聚合度高達2 000 8 000 ,相互交織形成超精細網絡結構,有很強的持水能力,有較高的生物相容性、適應性和良好的生物可降解性25 , 37 。細菌纖維素具有生物合成時的可調控性3 , 25 , 37 ,因此,很容易實現(xiàn)工業(yè)化和商品化。313 物理法制備微纖化納米纖維素和納米纖維素復合物31311 高

21、速攪拌法制備微纖化納米纖維素微纖化納米纖維素主要從植物纖維素制備。Turbak 等38 以4 %左右的預先水解木漿經過10 次用壓差為55 、120kPa 的高速攪拌機制備出了微纖化納米纖維素。改進纖維素微纖化方法可以獲得10 100nm 微纖化纖維素,可以制備透明的高強度(高于400MPa) 的納米復合物39 。Andresen 等40 甲硅烷基化微纖化纖維素后提高了疏水性。31312 熱壓法制備微纖化納米纖維素Takahashi 等41 以竹子為原料采用熱壓法制備微纖化纖維素, 他們比較了未預處理的竹子纖維、氫氧化鈉水溶液處理、蒸汽爆破法處理、蒸汽爆破法處理后又用氫氧化鈉水溶液處理的高纖維

22、素含量纖維。其目的是制備高張力強度的復合物,使用熱壓法無須合成高分子,而且無須分離出半纖維素和木質素。竹子纖維及其單纖維用石頭圓盤高速研磨,然后用上述預處理方法可制備出纖維間有超強黏結強度的微纖化纖維素。31313 溶劑澆鑄法制備納米纖維素復合物Favier 等1 首次用纖維素晶須作為納米復合物的增強劑, 這種納米纖維素復合物取決于纖維素晶須和聚合物的雙方性質: 即形貌、組成比例、界面混合狀態(tài)等23 , 42 。作為納米級的填料,適量的纖維素晶須可以改善聚羥基辛酸酯、淀粉、蠶絲、醋酸丁酯纖維素等天然聚合物和聚氯乙烯、聚乳酸、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚氧乙烯醚、聚苯乙烯丙烯酸丁酯等合成聚合物的透明性和

23、機械性能43 45 ?；旌线^程參數(shù)是決定納米纖維素復合物性能的關鍵46 。通過選擇不同的溶劑(水、二甲基甲酰胺、異丙醇等) 和聚合物可以達到均勻復合物處理過程。對纖維素晶須進行表面改性和添加表面活性劑47 49 可以改善溶劑分散和均勻處理過程50 51 。Gindl 和Keckes22 在氯化鋰PN , N2二甲基乙酰胺中部分溶解微晶纖維素粉末,然后澆鑄制備含有纖維素晶體和的納米纖維素復合物,這一層膜是等方向的、透明的,在再生纖維素中含有未溶解的纖維素晶體。調節(jié)不同的制備參數(shù),可以獲得的抗拉強度為240MPa 、彈性模數(shù)為1311GPa 、破壞應變?yōu)?16 % ,這實質是未溶解的纖維素晶體增強

24、的再生纖維素膜。White 和Delhom52 用棉花、洋麻和亞麻等合成了纖維素P黏土納米復合物,用于提高熱穩(wěn)定性。Noorani 等53 用納米纖維素增強聚砜樹脂,合成了醫(yī)藥用的腎透析膜。31314 擠塑法制備納米纖維素復合物Mathew 等54 用雙螺桿擠塑方法制備納米纖維素復合物: 以聚乳酸、納米纖維素晶須和微細纖維素為原料,制得的復合物中微細纖維素形成微原纖的網絡狀,而納米纖維素晶須呈現(xiàn)針狀晶體,橫截面直徑為20nm 左右,長度為300 500m 左右。314 人工合成納米纖維素人工化學合成纖維素有兩種合成路線: 酶催化和葡萄糖衍生物的開環(huán)聚合。人工合成納米纖維素的聚合度低,分子量低,

25、難以達到自然界中高結晶度、高聚合度的織態(tài)結構,而大部分化工產品要求高分子量納米纖維素。31411 酶催化人工合成纖維素1992 年Kobayashi 等55 在生物體外30 以純化的纖維素酶在乙脲緩沖溶液中催化聚合氟化糖苷配糖體,得到產率為54 % ,聚合度為22 的人工合成纖維素。由此方法可以人工合成纖維素衍生物,如62O2甲基纖維素等30 。把纖維素酶吸附在銅網上時,可以觀察到直徑為30nm 的纖維素酶分子的集合體。一旦加入底物,聚合反應就開始,僅僅30s 就可以觀察到纖維素的合成,同時,觀察到更大的直徑100nm 的纖維酶集合體和合成的纖維素及絡合物56 。根據纖維素酶精制度的不同,可以

26、得到結晶構造不同的纖維素57 。因此可以通過控制結晶構造,合成具有新的理化性能的納米纖維素30 , 57 。31412 開環(huán)聚合人工合成纖維素幾十年來,人們一直探討完全人工合成纖維素。盡管纖維素的結構看起來非常簡單,但是合成卻相當困難,其原因是:同分異構體非常多;很難控制異頭碳C1 的立體化學反應;很難位向選擇性控制反應活性相似的很多羥基;溶解性問題,纖維素很難溶解在普通的溶劑中。通過葡萄糖衍生物等低聚糖的陽離子開環(huán)聚合,Nakatsubo 等31 在1996 年首次以一種純化學的方式人工合成了纖維素: 以3 , 62二2鄰2芐基2R2D2葡萄糖和1 , 2 , 42鄰特戊酸鹽為原料,三苯基碳

27、正離子四氟硼酸酯為催化劑,陽離子開環(huán)聚合成3 , 62二21572 化 學 進 展 第 19 卷鄰2芐基222鄰2特戊酰22D2吡喃型葡萄糖,然后除去保護基團,得到纖維素晶體,聚合度為19 左右。315 靜電紡絲制備纖維素納米纖維Jaeger 等58 在丙酮溶液中靜電紡絲制備直徑為16nm 2mm 左右的超細醋酸纖維素纖維。Frey等59 用乙二胺P硫氰酸鹽溶解纖維素紙漿(SigmacellType 20) 、棉花紙和手術棉球形成8 %的溶劑,然后在30 千伏下靜電紡絲,得到了超細的纖維素纖維。趙勝利等60 , 61 在四氫呋喃溶液中靜電紡絲制備乙基氰乙基纖維素超細纖維,纖維直徑為250 75

28、0nm左右,纖維的結晶度隨著靜電電壓變化,當電壓為50 千伏時結晶度最大。Ma 等62 以溶解于丙酮P二甲基甲酰胺P三氟乙烯(311) 的0116 gPml的醋酸纖維素靜電紡絲制備超細、高親合力膜,超細纖維直徑為200nm 1mm 之間,然后再生制備成再生纖維素超細膜, 可以用于過濾水和生化制品。Uppal 和Ramaswamy63 在N2甲基嗎啉2N2氧化物PN2甲基吡咯烷酮P水的混合溶劑中溶解纖維素,38 、28 千伏電壓下靜電紡絲制備出直徑為80nm 左右的纖維素纖維,其中有一些結成珠狀。Kim 等27 用氯化鋰PN , N2二甲基乙酰胺直接溶解纖維素,靜電紡絲制備出直徑為150 500

29、nm 左右的超細纖維素絲,考察了溫度、收集器類型和紡紗后處理等的影響。吳曉輝等64 把四環(huán)素均勻分散在乙基纖維素溶液里, 利用電場紡絲法制備了含有四環(huán)素的乙基纖維素超細纖維,纖維直徑為400 750nm 左右,可用于緩釋控釋給藥系統(tǒng)。4 制備方法討論采用化學水解、物理機械法、生物細菌合成、化學人工合成以及靜電紡絲可以制得至少有一維尺度為1 100nm 的納米纖維素。其中化學方法可以同時表面改性納米纖維素,賦予納米級纖維素晶體以新的功能和特性;細菌生物合成時可調控納米纖維素的結構、晶形、粒徑分布等,容易實現(xiàn)工業(yè)化和商品化;物理機械方法工藝、設備簡單,可以同時獲得納米纖維素和納米纖維素復合物;人工

30、合成納米纖維素最容易調控納米纖維素的結構、晶形、粒徑分布等;靜電紡絲以人工的方法可制備目前最細的納米級纖維。盡管納米纖維素有許多制備方法,但是也有很多局限:化學方法需要用強酸水解,對反應設備要求高,回收和處理反應后的殘留物困難;生物法制備細菌纖維素復雜、耗時長、成本高、價格貴;物理法制備微纖化納米纖維素需要采用特殊的設備和使用高壓,能量消耗比較高,制備的納米纖維素粒徑分布寬;人工合成的纖維素分子量小;靜電紡絲制備微細纖維橫截面大,橫截面分布也很寬。因此研究發(fā)展出新型的簡單、綠色、低能耗、快速、高效的制備納米纖維素方法刻不容緩。5 納米纖維素應用納米纖維素的楊式模數(shù)和張應力比纖維素有指數(shù)級的增加

31、,當納米纖維素作為工程塑料的增強填充劑時,在納米纖維素含量高達70 %時,不僅具有普通工程塑料5 倍的高強度,與硅晶相似的低熱膨脹系數(shù),而且同時保持高的透光率25 。利用這種特性可開發(fā)出柔性顯示屏、精密光學器件配件和汽車或火車車窗等新產品。用納米纖維素做高解析度動態(tài)顯示器件的研究25 ,有望作為電子書籍、電子報刊、動態(tài)墻紙、可寫地圖和識字工具的新材料。納米纖維素可以用于人造皮膚、人工血管、神經縫合的保護蓋罩、訓練用微手術模型、動物傷口敷料、化妝紙膜、食品添加劑(成型劑、增稠劑、分散劑、抗溶化劑) 、造紙?zhí)砑觿?增強劑、品質改善劑、吸附劑) 、高級音響設備振動膜(超級音響、麥克風和耳機的振動膜)

32、 、生物傳感器等。納米纖維在纖維素衍生物制造和化學改性過程中,相同條件下,完成反應速度快、耗時少,可用于快速制備特殊性能的纖維素衍生物。納米纖維素可用于二、三次原油開采的灌漿材料、硅酸鹽礦石浮選、無紡棉和高吸水纖維織品。日本和美國均有用納米纖維素纖維作為膜濾器(無菌裝置、超濾裝置、反滲透濾膜等) 、絕緣材料、高強度紙杯、可循環(huán)使用的嬰兒尿布、仿真人造皮革、食品、涂料增稠劑、分散劑、強度增強劑、護膚霜、指甲油等化妝品基質或藥物載體。由于它的纖維素純度高,還可作為纖維素酶活力測定的底物。6 結語與展望物理、生物、化學方法相結合,在納米尺寸范圍內制備納米纖維素,采用立體、位向選擇性化學法控制與改性納

33、米纖維素超分子聚集體的表面;可控結構設計納米纖維素晶體超分子的結構、尺寸與形貌,并采用植物中纖維素晶體、基元原纖的合成與生長機理,利用自組裝的原理制備出穩(wěn)定的多重樣式的納米纖維素,開展分子識別與位點識別等自組裝過程機理、多尺度結構效應的形成機理等基礎理論性研究,在目前是纖維素化學的主要研究方向。由此第 10 期 葉代勇 納米纖維素的制備 1573 創(chuàng)制出具有優(yōu)異功能的新納米精細化工品、新納米材料,是纖維素科學的前沿領域和熱點。作為一種新興的納米生物材料,納米纖維素日益受到各界的廣泛關注。我國在納米纖維素這方面的研究開發(fā)尚處于起步階段。在世界人口增長與耕地有限的矛盾日益突出、世界石油資源將在今后

34、若干年內被開采耗盡的情況下,作為一種用途十分廣泛的生物材料,納米纖維素蘊藏著無限商機和美好發(fā)展前景。預計在不久的將來,納米纖維素在中國將會發(fā)展成一個大產業(yè)。參考文獻 1 Favier V , Canova G R , Cavaille J Y, et al . Polym. Adv.Technol . , 1995 , 6(5) : 351 355 2 王能(Wang N) , 丁恩勇(Ding E Y) , 程時(Chen R S) . 高分子學報(Acta Polymerica Sinica) , 2006 , 8 : 982 987 3 Klemm D , Schumann D , Kr

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