南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

納米纖維素是從天然纖維(木材,棉麻,海藻等)中提取出的納米材料,因其具有可再生、可生物降解、高比表面積、高長徑比、優異力學等性能,近年來已成為全球林產品和材料學研究的熱點。當納米纖維素分散在溶劑中時,其可通過形成纏結的三維網絡結構以及化學相互作用(范德瓦爾斯力、氫鍵、靜電作用力、疏水作用力等),生成粘性流體。在剪切作用下,納米纖維會沿著剪切方向定向排列,呈現出剪切變稀行為。移除剪切力後,其可快速重塑內部結構,在很短時間內恢復粘彈性,呈現出優異的觸變性。因此,納米纖維素流體表現出優異的流變特性,近年來在功能性流體領域中的應用受到了越來越多的關注。

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

圖1. 來源於生物質的納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

為此,南京林業大學李美春教授在《Advanced Materials》期刊發表了題為:RheologicalAspects of Cellulose Nanomaterials: Governing
Factors and Emerging Applications的綜述文章,系統總結了納米纖維素流體的流變特性及其在3D列印、油田化學、食品等領域應用的研究進展,並對存在的挑戰和工業化應用前景進行了展望。

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

圖2. 納米纖維素流體的流變特性、影響因素及應用

本綜述首先介紹了納米纖維的種類(納米纖維素纖絲和晶體),歸納了納米纖維素的原料和製備方法與其尺寸和表面官能團的內在聯繫;隨後對納米纖維素流體的絮結和溶致液晶現象、剪切取向行為、穩態剪切粘度、動態粘彈性進行了總結,具體討論了測試方案(模具幾何形狀、剪切速率和恢復時間),納米纖維素的內在特性(濃度、尺寸和表面化學),外在環境(離子濃度、酸鹼度、溫度、電磁場強度和聚合物相互作用力)以及後處理過程(乾燥和再分散方法)對納米纖維素流體流變性能的影響;進一步對納米纖維素流體在3D列印、油田化學、食品、塗料和個人衛生用品等領域的研究進展進行了歸納,著重闡述了納米纖維素的形貌、表面化學、流變特性和應用性能之間的相互聯繫。

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

圖3. 納米纖維素流體在鑽井工程的應用

最後,作者指出納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑,但是將其工業化應用還存在以下挑戰:1)經濟成本高,具體體現在製備、加工、運輸和保存等方面;2)納米纖維素的多樣性,其尺寸、結晶度和表面化學特性受原料和製備方法影響很大;3)納米纖維素流體的不穩定性,外在環境等對其粘度和粘彈性影響顯著;4)長期使用對人體和環境影響的不確定性。基於此,作者建議:1)充分表征與調控納米纖維素的尺寸和表面化學特性,以達到最優流變改性效果;2)使用更穩定、更均一、商業化生產的納米纖維素來替代實驗室製備的納米纖維素進行科學研究,從而降低因納米纖維素性質的不一致性帶來的不利影響;3)規範納米纖維素流體流變性能的測試方法;4)將納米纖維素和水溶性聚合物共同使用,提高其可加工性和功能性;5)建立更規範的納米纖維素安全評價和管理體制。

本文第一作者兼通訊作者為南京林業大學材料學院李美春教授,共同通訊作者為美國路易斯安那州立大學QinglinWu教授。該工作得到美國農業部林務局基金,美國路易斯安那州教育廳基金、江蘇特聘教授科研啟動基金、江蘇省農業科技自主創新資金等項目資助。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202006052

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

來源:高分子科學前沿

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑
南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑

投稿模板:

單篇報導:上海交通大學周涵、范同祥《PNAS》:薄膜一貼,從此降溫不用電!

系統報導:加拿大最年輕的兩院院士陳忠偉團隊能源領域成果集錦

南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑來源:kknews南京林業大學李美春《AM》綜述:納米纖維素是一種綠色、環保、高效的流變改性劑