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木材中的一维纳米材料——纳米纤丝化纤维素

已有 4995 次阅读 2013-6-16 13:34 |个人分类:栏目:封面图片说明|系统分类:观点评述| 木材, 纤维素

     21世纪,世界普遍关注的科学技术发展的重要焦点之一就是新型材料的创生。纳米技术的飞速突破与发展加速了材料、化学、生物、医药等行业的交叉融合,新技术与新产品不断涌现,具有可再生性、可循环性和可生物降解性的纳米纤丝化纤维素也应运而生,这种新型纳米纤维的弹性模量与拉伸强度几乎可与碳纤维、玻璃纤维相媲美。加之其无可比拟的资源优势、良好的透光性、极高的长径比和天然的网状结构,使其一出现就备受学术界与工业界的广泛关注,已成为生物质纳米材料研究领域的前沿和热点。木材细胞壁中的纤维素微纤丝就是一种自然界中取之不尽的高性能纳米纤维化纤维素。但是,纳米纤丝化纤维素在木材细胞壁中被半纤维素和木质素紧密包埋,这就使得人们开始寻找各种手段分离和制备纳米纤丝化纤维素。

     20世纪70年代末,美国Sandberg等使用高压匀质机从木材纸浆中分离出一种高长径比的纳米纤维素,其直径约为20nm,这是纳米纤丝化纤维素第一次正式露面。之后,科研人员对这种新兴纳米材料的制备做了大量探索工作。包括高压乳化法、精磨/胶磨法、打浆、研磨、匀质结合法、高速剪切法、冷冻压碎法和球磨法、酶预处理法、羧甲基化法和2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)氧化伯羟基法。但是这些方法中的大多数都需要专门的昂贵设备、复杂的过程或是特殊的化学药品。因此,找到一种不会改变天然高分子化学结构,又方便可行的纳米纤丝化纤维素制备方法是非常必要的。

     对于纳米纤丝化纤维素的研究迄今仍主要集中在美国、加拿大、瑞典、芬兰、丹麦、法国、德国等发达国家,中国对纳米纤丝化纤维素的开展研究相对较晚,目前对于纳米纤丝化纤维素的拆解机制及高值化利用等尚处于探索阶段。因此,研制和开发纳米纤丝化纤维素对于促进中国新兴纳米材料发展及相关学科协同创新具有深远的影响和重要的战略意义。

     《科技导报》2013年第15期17—22页刊登了中国工程院院士李坚课题组文章“高频超声法纳米纤丝化纤维素的制备与表征”,从落叶松木材细胞壁中采用化学方法预处理落叶松木材以脱除木材细胞壁内的半纤维素和木质素,再利用高频脉冲超声法的空化作用将木材纤维素分离解纤为纳米纤丝化纤维素,并通过冷冻干燥技术制备高透明纳米纤丝化纤维素薄膜和柔性纳米纤丝化纤维素泡沫材料。本期封面为木材三切面扫描电镜图和从中分离制备的纤维素及纳米纤丝化纤维素的构象图,由卢芸提供。本期封面由王静毅设计。

(责任编辑   吴晓丽)




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