《纖維素納米纖絲的化學(xué)改性研究綜述論文》3700字

纖維素納米纖絲的化學(xué)改性研究綜述論文目錄TOC\o"1-2"\h\u6688纖維素納米纖絲的化學(xué)改性研究 122348一、纖維素納米纖絲的表面吸附改性 121134二、纖維素納米纖絲的化學(xué)改性 218664（一）酯化改性 227689（二）酰化改性 229542（三）硅烷化改性 316097（四）纖維素納米纖絲的聚合物接枝改性 323626參考文獻(xiàn) 4由于纖維素納米纖絲機(jī)械強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此可以作為一種較好的增強(qiáng)劑，可以應(yīng)用于復(fù)合材料中用于提高材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，表面具有豐富且易于修飾的羥基，可以被一些化學(xué)物質(zhì)改性[1]。因此，為了賦予CNF一些特殊的化學(xué)性質(zhì)，擴(kuò)大其應(yīng)用的領(lǐng)域通常會(huì)對其進(jìn)行化學(xué)改性。對CNF的改性主要可以分為三大類有化學(xué)改性、聚合物接枝改性、表面吸附改性。一、纖維素納米纖絲的表面吸附改性表面吸附改性主要利用吸附改性劑對CNF進(jìn)行改性。表面吸附改性主要分為兩類：一類為聚電解質(zhì)[2]，主要是將帶有相反電荷的聚電解質(zhì)和納米粒子結(jié)合在一起，賦予納米粒子一定的性能，最后將賦予一定性能的納米粒子和CNF進(jìn)行吸附，完成對CNF的修飾[3]。彭琴[4]通過將Ag-NP（水膠體）靜電組裝到CNF上，制備了復(fù)合纖維素納米線絲和銀納米顆粒（Ag-NP-CNF）。研究了這種納米復(fù)合材料對金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌的抗菌性能，并與不含Ag的聚電解質(zhì)連接物修飾的CNF進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)組裝納米復(fù)合材料具有較高抗菌性。另外一類為其它涉及吸附點(diǎn)的吸附。大多為物理吸附，它不需要電解質(zhì)絡(luò)合，CNF本身所攜帶電荷所以本身就具有較好的吸附性能。張思航等人[5]制備了一種新型氫氧化鋁改性多孔纖維素氣凝膠，首先通過冷凍干燥制備纖維素納米纖維凝膠，然后放入三氯化鋁溶液中進(jìn)行浸漬吸附，最后用水洗滌制備成凝膠。將其用作去除水溶液中氟化物的吸附劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明吸附后可以通過NaOH溶液清洗再生，并可重復(fù)使用五次，也不會(huì)顯著損失其吸附能力。一般來說，通過表面吸附對纖維素納米纖絲進(jìn)行表面改性不涉及化學(xué)反應(yīng)，過程操作簡單方便。然而，整個(gè)處理時(shí)間較長，改性劑和CNF之間的結(jié)合強(qiáng)度較低，并且吸附劑分子容易從CNF表面遷移。二、纖維素納米纖絲的化學(xué)改性CNF的化學(xué)改性主要通過與CNF表面羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在對纖維素納米纖絲化學(xué)改性過程中，改性劑主要作用于C2、C3和C6碳原子上的羥基，這三個(gè)碳原子的羥基反應(yīng)性大不相同，一般而言，C6的羥基的酯化反應(yīng)速度是C2和C3上羥基的10倍，C2位的羥基醚化反應(yīng)速度是為C3的兩倍，這三個(gè)碳原子上羥基的脫氫速度大小是：C2>C3>C6。CNF接枝改性后的較強(qiáng)化學(xué)鍵連接可以為CNF提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和新的性能。（一）酯化改性CNF的酯化改性是較為常用的改性方式。主要是用羧酸或酸酐和CNF表面的羥基親核取代反應(yīng)形成酯。該方法常用于疏水改性纖維素，提高纖維素的分散性。陳一釩[6]通過酯化反應(yīng)將馬來酸酐和苯乙烯嵌段共聚物接枝到CNF表面，CNF作為增強(qiáng)填料添加到聚合物中，制備出的聚合物表現(xiàn)出較強(qiáng)的力學(xué)性能，具有較高的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長率。莫亞莉等人[7]也通過酯化反應(yīng)使用蘋果酸對纖維素納米纖維的羥基進(jìn)行改性，并將改性后的CNF作為增強(qiáng)劑添加到木薯淀粉中，制備出具有優(yōu)異機(jī)械性能、疏水性能和阻隔性能的薄膜。另外，由于纖維素納米纖絲的具有較好的凝膠性，可以通過其酯化反應(yīng)接枝多種藥物因子，用于載藥和緩釋。韓景泉等人[8]通過酯化反應(yīng)將環(huán)糊精和CNF進(jìn)行酯化反應(yīng)，然后制備出一種能控制酮康唑等不溶性藥物釋放量的水凝膠膜。制備的水凝膠膜具有良好的溶脹性能和成凝膠率。纖維素納米纖絲的酯化改性面臨的主要問題是在溫和條件下反應(yīng)困難，需要提高酯化改性劑在纖維素表面的接枝率。（二）?；男訡NF的?；磻?yīng)通過在纖維素鏈上引入酯基，?；磻?yīng)最常在有機(jī)溶劑中進(jìn)行。目前，纖維素的?；饕獮轸驶?乙酰化和甲?；?。其中乙?；梢愿纳艭NF的疏水性和機(jī)械性能，能有效防止纖維素的“分絲帚化”，從而使CNF具有更好的尺寸穩(wěn)定性。乙酰化的方法是通過加入醋酸酐、冰醋酸、硫酸、高氯酸等來取代納米纖維素的羥基。陸遙遙等人[9]把從麥草纖維中分離的微纖化纖維素進(jìn)行丙?；Ｈ缓髮⑻幚磉^的纖維均勻化，得到表面改性的納米纖維素纖絲。顏明飛等人[10]研究了乙?；幚韺喡槔w維結(jié)構(gòu)和性能的影響，并利用改性亞麻纖維用作增強(qiáng)劑制備聚丙烯復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)乙?；幚砗螅瑏喡槔w維的表面形貌和抗?jié)裥阅艿玫矫黠@改善，乙?；瘉喡槔w維復(fù)合材料的最高拉伸和彎曲強(qiáng)度為18%，與未處理的纖維復(fù)合材料相比，乙酰化亞麻纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能提高了約25%。賈劍飛等人[11]使用4，4-亞甲基二異氰酸酯苯基酯（MDI）對木薯渣進(jìn)行改性，以木薯渣和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）為原料制備了可生物降解的復(fù)合材料，MDI處理的木薯渣/PBS復(fù)合材料表面均勻光滑。這兩種材料在兩相接觸區(qū)表現(xiàn)出良好的表面附著力和較強(qiáng)的界面附著力，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。（三）硅烷化改性纖維素納米纖絲的硅烷化改性是提高纖維素納米纖絲疏水性的另外一種高效方法。硅烷化改性通常使用含有特殊反應(yīng)官能團(tuán)（雙鍵、氟等）的聚硅氧烷，其中硅氧烷用于降低纖維素膜的表面能，而雙鍵等活性基團(tuán)為后續(xù)改性提供反應(yīng)位點(diǎn)。Musikavanhu等人[12]把十六烷基三甲氧基硅烷基團(tuán)接枝到纖維素納米纖絲上增強(qiáng)疏水性，改性后的水接觸角達(dá)到154.8°。Yeo等人[13]采用3-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷(GPS)對微纖化纖維素(MFC)進(jìn)行了表面改性制備出了GPS-MFC。并加入到環(huán)氧樹脂中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入2wt%的GPS-MFC，復(fù)合材料的力學(xué)應(yīng)變提高了300%，應(yīng)力為原始復(fù)合材料的2.2倍。Hokkanen等人[14]研究了氨基丙基-三乙氧基硅烷(APS)改性微纖絲纖維素(MFC)在含Ni2+、Cu2+和Cd2+離子的水溶液中的吸附性能，硅烷改性MFC對污水中金屬離子具有較好的吸附效果，其中對Ni2+、Cu2+和Cd2+的最大吸附容量分別為3.09、2.59和3.47mmol/L。（四）纖維素納米纖絲的聚合物接枝改性目前聚合物接枝改性CNF是一種較為成熟的改性方法，可以將預(yù)合成的聚合物鏈帶有活性端基連接到纖維素表面的羥基上[15]，一般過程是將CNF和單體與引發(fā)劑混合，通過交聯(lián)劑的作用，在CNF表面或表面接枝聚合物上完成聚合反應(yīng)。改性后的纖維素具有良好的疏水性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和低降解性，同時(shí)還能使纖維素納米纖絲具備更加新奇的特性。Muiruri等人[16]采用以纖維素納米晶體、橡膠、聚乳酸為原料通過水溶液法制備了聚乳酸纖維素納米晶填充的納米復(fù)合材料，結(jié)果表明加入纖維素納米晶體的復(fù)合材料與未加纖維素納米晶體的復(fù)合材料相比拉伸韌性得到了顯著提高。Parit等人[17]使用聚吡咯通過原位聚合的方式合成了聚吡咯-纖維素納米纖維復(fù)合導(dǎo)電膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備得到的復(fù)合導(dǎo)電膜具有較好的導(dǎo)電性、抗拉伸強(qiáng)度，同時(shí)還具有較高的導(dǎo)電率。L?nnberg等人[18]首先將聚己內(nèi)酯（PCL）接枝到納米纖維素上制備出了PCL-納米纖維素膜，再與PCL膜通過熱壓的方式制備出了一種雙層壓板，通過改變接枝長度，分析了接枝長度對雙層層板中界面附著力的影響。結(jié)果顯示接枝長度對界面粘附有顯著影響，并且隨著接枝PCL分子量的增加，剝離能量逐漸增加，才能使雙層層板發(fā)生分層。Carlmark等人[19]將纖維素纖維與丙烯酸甲酯（MA）、2-甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)在自由基聚合方法對纖維素纖維進(jìn)行聚合物接枝改性，纖維素纖維上接枝了PMA和PHEMA的聚合物。對接枝的纖維素纖維進(jìn)行了重量分析，結(jié)果表明，接枝密度隨PMA和PHEMA分子量的增加而增加。Zhang等人[20]以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過原位自由基聚合方式將聚丙烯酸鈉（PAANa）接枝到TEMPO氧化纖維素納米纖維（TOCNF），制備出的氣凝膠具有良好的均勻性和超高吸水能力以及pH敏感性。參考文獻(xiàn)張玉松,劉琦,彭勃,等.智能納米化學(xué)驅(qū)油劑研究現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代化工,2020,40(6):19-23．任曉娟,王睿,潘謙宏,等.納米驅(qū)油劑在增注驅(qū)油中的作用[J].油田化學(xué),2021,38(1):147-151.曹孟菁,郭光范,閆方平,陳穎超,張玉平,楊火海.納米三元復(fù)合聚合物驅(qū)油劑驅(qū)油效果評價(jià)[J].石油化工,2021,50(01):55-60．彭琴.改性納米SiO2/AA/AM共聚物驅(qū)油劑在中低滲透油藏的可行性研究[D].成都：西南石油大學(xué),2014．張思航,付潤芳,董立琴,等.納米纖維素的制備及其復(fù)合材料的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國造紙,2017,36(1):67-74．陳一釩.纖維素納米晶體/丙烯酸/丙烯酰胺復(fù)合水凝膠的制備及性能研究[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué),2020．莫亞莉,劉娟,陳日清,等.丙烯酸纖維素的制備與表征[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2013,33(3):73-77．韓景泉,王慧祥,岳一瑩,等.纖維素納米纖絲-碳納米管/聚乙烯醇-硼酸鹽復(fù)合導(dǎo)電水凝膠[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2017,34(10):2312-2320．陸遙遙,吳季懷,林建明,黃妙良,李兆乾,冷晴.反應(yīng)條件對海藻酸鈉/聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠溫度及pH敏感性能的影響研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2010,24(10):99-104．顏明飛,王月鑫,傅敬,等.溫度對聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能影響的研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2018,19(5):25-29．賈劍飛,劉瓊,范曉東,等.溫敏性聚(N-異丙基丙烯酰胺)/聚氨酯-β-環(huán)糊精互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的溶脹特性[J].功能高分子學(xué)報(bào),2002,15(3):281-285．MusikavanhuB,HuZ,DzapataRL,etal.Facilemethodforthepreparationofsuperhydrophobiccellulosicpaper[J].AppliedSurfaceScience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