纳米纤维素自愈合水凝胶的构筑
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图 1摇 酶法预处理示意图、 制得的产物的 TEM 图像和原纤维在 酶解液中的形态和结构模式
Fig郾 1摇 Schematic diagram of enzymatic pretreatment, TEM images of the products produced and morphological and structural patterns of fibers in enzymatic hydrolysates
米到几微米不等。 纳米纤维素有许多优良的特性, 如: 无毒、
无害、 亲水、 抗拉、 高结晶度、 高透明度、 可生物降解、 杨氏 模量高达 140 GPa 等[1] 。 根据纳米纤维素的制备过程可将其分
为五大类, 即纤维素纳米晶体( cellulose nanocrystalline, CNC) ,
纤维素纳米纤维( cellulose nanofibrils, CNF) , 细菌纳米纤维素 ( bacterial nanocellulose, BNC) , 微 纤 化 纤 维 素 ( microfibrillated cellulose, MFC) 和电纺纤维素( electrospun cellulose, ECC) 。 除 了有着相同的分子结构和生物降解性, 纳米纤维素还具有一些 有特异性的理化性质, 例如: 高结晶度、 高长径比、 强度大、 比表面积大、 反应活性高等, 影响着复合材料的导电、 透光和 磁响应等方面的性能[2-3] , 从而使得其在药学、 服装、 食品储 存、 复合材料和智能材料等多方面应用广泛[4-5] 。 此外, 纳米 纤维素还可以变成制作果冻、 椰子、 抗菌伤口敷料、 皮克林乳 液稳定剂等的原材料[6] 。
Abstract: In view of the current research on the preparation of cellulose nanofibrils ( CNF) by mechanical treatment or acid hydrolysis, there are some problems such as low yield, large energy consumption, high cost and serious environmental pollution郾 Enzyme treatment and ultrasonic cavitation were combined to prepare CNF in a green and efficient way郾 By cellulase pretreatment, the fiber surface was corroded, and the fiber chain was cut and shortened, which led to the degradation of the cellulose macromolecule into the segment of low degree of polymerization郾 CNF were obtained by further ultrasonic cavitation treatment郾 And then, the enzymatic CNF was highly oxidized by sodium periodate to prepare 2,3-dialdehyde-based CNF郾 Thus, a CNF-based hydrogel with self-healing properties and pH responsiveness was constructed by making it react with chitosan through Schiff base reaction郾
Key words: cellulose nanofibrils; self-healing; hydrogel; green; preparation
纳米纤维素是天然纤维素的精细化产品, 是将其用物理
法、 机械法或化学法加工后制得的, 它的直径范围较广, 有的
只有几纳米, 而有的则达到几百纳米, 长度也如此, 从几十纳
第 47 卷第 4 期 2019 年 2 月
广摇 州摇 化摇 工 Guangzhou Chemical Industry
Vol郾 47 No郾 4 Feb郾 2019
纳米纤维素自愈合水凝胶的构筑*
叶家婧, 陈摇 鑫, 鄢雨欣, 方兆丰, 郑艳灵, 肖真真, 熊明诚, 林咏梅
( 福建农林大学材料工程学院, 福建摇 福州摇 350002)
关键词: 纳米纤维素; 自愈合; 水凝胶; 绿色; 制备
摇 中图分类号: TQ353摇 摇
摇 文献标志码: A
文章编号: 1001-9677(2019)04-0039-04
Preparation of Self-healing Hydrogels Based on Cellulose Nanofibrils*
摘摇 要: 针对目前纳米纤维素( cellulose nanofibrils, CNF) 制备方法存在的产率低、 能耗高、 成本高以及环境污染大等问题,
采用酶预处理结合超声波法制备纳米纤维素, 先通过酶预处理断裂部分纤维素分子链, 再用超声波解离纤维素, 确保制备过程的 绿色、 环保。 随后用高碘酸钠氧化制得的纳米纤维素, 形成 2,3-二醛基纳米纤维素, 使其与壳聚糖发生席夫碱反应, 构筑具有自 愈合性能及 pH 响应能力的纳米纤维素水凝胶。
YE Jia-jing, CHEN Xin, YAN Yu-xin, FANG Zhao-feng, ZHENG YaBiblioteka Baidu-ling, XIAO Zhen-zhen, XIONG Ming-cheng, LIN Yong-mei
( College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fujian Fuzhou 350002, China)
图 1摇 酶法预处理示意图、 制得的产物的 TEM 图像和原纤维在 酶解液中的形态和结构模式
Fig郾 1摇 Schematic diagram of enzymatic pretreatment, TEM images of the products produced and morphological and structural patterns of fibers in enzymatic hydrolysates
米到几微米不等。 纳米纤维素有许多优良的特性, 如: 无毒、
无害、 亲水、 抗拉、 高结晶度、 高透明度、 可生物降解、 杨氏 模量高达 140 GPa 等[1] 。 根据纳米纤维素的制备过程可将其分
为五大类, 即纤维素纳米晶体( cellulose nanocrystalline, CNC) ,
纤维素纳米纤维( cellulose nanofibrils, CNF) , 细菌纳米纤维素 ( bacterial nanocellulose, BNC) , 微 纤 化 纤 维 素 ( microfibrillated cellulose, MFC) 和电纺纤维素( electrospun cellulose, ECC) 。 除 了有着相同的分子结构和生物降解性, 纳米纤维素还具有一些 有特异性的理化性质, 例如: 高结晶度、 高长径比、 强度大、 比表面积大、 反应活性高等, 影响着复合材料的导电、 透光和 磁响应等方面的性能[2-3] , 从而使得其在药学、 服装、 食品储 存、 复合材料和智能材料等多方面应用广泛[4-5] 。 此外, 纳米 纤维素还可以变成制作果冻、 椰子、 抗菌伤口敷料、 皮克林乳 液稳定剂等的原材料[6] 。
Abstract: In view of the current research on the preparation of cellulose nanofibrils ( CNF) by mechanical treatment or acid hydrolysis, there are some problems such as low yield, large energy consumption, high cost and serious environmental pollution郾 Enzyme treatment and ultrasonic cavitation were combined to prepare CNF in a green and efficient way郾 By cellulase pretreatment, the fiber surface was corroded, and the fiber chain was cut and shortened, which led to the degradation of the cellulose macromolecule into the segment of low degree of polymerization郾 CNF were obtained by further ultrasonic cavitation treatment郾 And then, the enzymatic CNF was highly oxidized by sodium periodate to prepare 2,3-dialdehyde-based CNF郾 Thus, a CNF-based hydrogel with self-healing properties and pH responsiveness was constructed by making it react with chitosan through Schiff base reaction郾
Key words: cellulose nanofibrils; self-healing; hydrogel; green; preparation
纳米纤维素是天然纤维素的精细化产品, 是将其用物理
法、 机械法或化学法加工后制得的, 它的直径范围较广, 有的
只有几纳米, 而有的则达到几百纳米, 长度也如此, 从几十纳
第 47 卷第 4 期 2019 年 2 月
广摇 州摇 化摇 工 Guangzhou Chemical Industry
Vol郾 47 No郾 4 Feb郾 2019
纳米纤维素自愈合水凝胶的构筑*
叶家婧, 陈摇 鑫, 鄢雨欣, 方兆丰, 郑艳灵, 肖真真, 熊明诚, 林咏梅
( 福建农林大学材料工程学院, 福建摇 福州摇 350002)
关键词: 纳米纤维素; 自愈合; 水凝胶; 绿色; 制备
摇 中图分类号: TQ353摇 摇
摇 文献标志码: A
文章编号: 1001-9677(2019)04-0039-04
Preparation of Self-healing Hydrogels Based on Cellulose Nanofibrils*
摘摇 要: 针对目前纳米纤维素( cellulose nanofibrils, CNF) 制备方法存在的产率低、 能耗高、 成本高以及环境污染大等问题,
采用酶预处理结合超声波法制备纳米纤维素, 先通过酶预处理断裂部分纤维素分子链, 再用超声波解离纤维素, 确保制备过程的 绿色、 环保。 随后用高碘酸钠氧化制得的纳米纤维素, 形成 2,3-二醛基纳米纤维素, 使其与壳聚糖发生席夫碱反应, 构筑具有自 愈合性能及 pH 响应能力的纳米纤维素水凝胶。
YE Jia-jing, CHEN Xin, YAN Yu-xin, FANG Zhao-feng, ZHENG YaBiblioteka Baidu-ling, XIAO Zhen-zhen, XIONG Ming-cheng, LIN Yong-mei
( College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fujian Fuzhou 350002, China)