一步法制备双醛基微纤化纤维素及其明胶复合膜

以竹浆纤维为原料,基于机械力化学法,在高碘酸钠氧化下一步法制备双醛基微纤化纤微素（dialdehyde microfibrillated cellulose,D-MFC）,再与明胶交联构筑基于席夫碱键的D-MFC/明胶复合膜。采用透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热分析仪（TGA）和质构仪等对D-MFC和D-MFC/明胶复合膜的官能团、形貌结构、热稳定性和力学性能等进行表征与分析。结果表明,机械力化学法制备的D-MFC直径在10~50nm,长度在微米级,醛基含量为0.237mmol/g。D-MFC在复合膜中具有良好的分散性,D-MFC上的醛基与明胶中的氨基发生反应,形成席夫碱键,从而提高复合膜的热稳定性、拒水性和力学性能。当D-MFC添加量为2.0g时,其拉伸强度可达189.1MPa,最大热失重速率温度为338℃,吸湿率降低至11.14%。采用机械力化学法制备D-MFC具有工艺简便、绿色环保的优点,该生物质复合膜在生物医用材料领域具有潜在的应用价值。     

SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜制备及其Cu2+离子吸附性能

以纳米SiC及纳米金刚石粉体为添加剂,通过苯乙烯与顺丁烯二酸酐的聚合,成功制备了苯乙烯-马来酸酐-纳米碳化硅(SMA-纳米SiC)及苯乙烯-马来酸酐-纳米金刚石(SMA-nano diamond)复合薄膜材料。通过热重分析(TG)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对吸附复合膜的结构进行表征。研究了SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜的吸水性及其对二价铜(Cu²⁺)离子的吸附特性。结果表明,无机纳米颗粒的添加均提高了复合薄膜的耐热特性,提高了热分解温度。当纳米粉体含量在0.8~1.2 g之间,可以获得较为均匀的泡沫状多孔复合薄膜。浸泡6 h,纳米SiC添加量为1.0 g的复合膜吸水率低至4.81%。纳米金刚石添加量为1.0 g,复合膜吸水率低至3.52%。适量的纳米SiC及纳米金刚石可以提高复合膜的耐水性能。SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜材料均对Cu²⁺离子具有一定的吸附特性,泡沫状复合膜吸附性能最佳。纳米SiC及纳米金刚石能够有效改善SMA膜对重金属离子的吸附性能。     

微晶纤维素/聚乙烯醇对明胶基复合薄膜性能的影响

聚乙烯醇(PVA)/明胶基材料具有良好的成膜性能和生物相容性,具有广泛的实际应用价值,是一个重要的研究对象。本研究将微晶纤维素(MCC)和PVA分别作为增强材料和共混材料添加到明胶(GL)基材中,改善明胶基复合薄膜的力学性能和阻隔性能。微晶纤维素的添加可赋予MCC/PVA/GL复合薄膜良好的理化性能和应用性能。当基材中添加质量分数5%MCC时,复合薄膜的拉伸强度由14.91 MPa提高到48.02 MPa,热降解温度提高了11.4℃,含水率降低了9.12%。同时,还延长了水蒸气通过PVA/GL薄膜的路径,降低了MCC/PVA/GL复合薄膜的水蒸气透过率。土壤包埋实验表明,MCC的加入加快了复合薄膜的生物降解性能。因此,MCC/PVA/GL复合薄膜可应用于绿色包装领域,如食品包装、药品包装、化妆品包装等。     

添加剂改性玉米醇溶蛋白复合膜的制备与表征

采用流延法制备高含量玉米醇溶蛋白（Zein）的Zein/壳聚糖（CS）复合膜，通过复合添加剂〔m(甘油)：m(聚乙二醇400)=1:1〕对Zein/CS复合膜共混改性，研究复合添加剂添加量（以总溶液质量计，分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）对薄膜的力学、光学和热学性能等的影响，并通过SEM、FTIR对薄膜形貌和结构变化进行表征。结果表明，复合添加剂通过削弱Zein和CS之间的分子间作用力，达到增塑效果，薄膜综合机械性能有所改善，随着复合添加剂添加量的升高，薄膜断裂伸长率逐渐增强，拉伸强度呈下降再上升的趋势；水蒸气透过率逐渐增加，水接触角逐渐减小，薄膜亲水性随之增强。与不含复合添加剂的薄膜（ZC-0）相比，当复合添加剂添加量为1.5%时，复合膜（ZC-1.5）的抗拉强度降低了27.40%，断裂伸长率增长了39.87%，水蒸气透过率上升了29.10%。通过SEM和DSC观察，添加复合添加剂改性后，改善了Zein和CS之间的相容性，制备的薄膜表面更加平整光滑。综合性能可得，制备高含量Zein的Zein/CS复合膜，复合添加剂浓度为1.5%时，薄膜性能最优。并在含有1.5%复合添加剂的Zein/CS薄膜中添加了一定量的姜黄素，据测定其能够有效提高薄膜的抗氧化性能至55.18%。     

纳米纤维素/壳聚糖/明胶复合膜的制备及其性能研究

以明胶（Gel）、壳聚糖（CS）、纳米纤维素（NCC）为原料,采用溶液共混法制备了不同NCC和CS质量比的纳米纤维素/壳聚糖/明胶复合膜。采用紫外-可见分光光度计、扫描电镜（SEM）、红外光谱仪（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、热分析仪（TGA）和质构仪对所制备复合膜的透光性能、显微结构、化学结构、晶体结构、热学性能和力学性能进行了分析。结果表明：纳米纤维素、壳聚糖、明胶之间形成相互作用较强的网络结构。复合膜表面光滑,分散均匀,具有良好的相容性。随着纳米纤维素含量的增加,复合膜透光率呈下降的趋势。与壳聚糖膜相比,复合膜的热稳定性显著提高。当纳米纤维素与壳聚糖质量比为7：1时,复合膜拉伸强度最高可达到33 MPa,断裂伸长率可达到14.9%,吸水率最大值可达到341%。     

荧光粉对聚乙烯醇/羧甲基纤维素复合膜性能的影响

将荧光粉与聚乙烯醇/羧甲基纤维素复合共混,研究其对复合膜的力学性能、透光性能及荧光性能的影响。结果表明,荧光粉含量为0.6%时,荧光PVA/CMC复合膜具有良好的力学性能、透光性能以及荧光性。本研究对荧光粉在生物质基复合膜的开发及应用提供了理论依据。     

生物降解复合膜的制备及其性能研究

在氧化醋酸酯淀粉（PMS）和聚乙烯醇（PVA）的共混物中加入羧甲基纤维素（CMC）、海藻酸钠（SA）及AG（AG）,采用流延工艺制备了降解复合薄膜,研究了CMC与SA的配比及AG的加入量对薄膜力学性能和耐水性能的影响,并用红外光谱和扫描电子显微镜对复合膜的结构和形貌进行了表征。结果表明,CMC和SA可有效地改善复合膜的力学性能和耐水性能,当CMC与SA质量比为1∶1时膜的拉伸强度达20.84 MPa,吸水率124.00 %,AG的加入能进一步提高膜的耐水性,吸水率降至83.35 %。     

双醛羧甲基纤维素改性胶原气凝胶复合相变材料的制备及性能

以制革固体废弃物中提取的胶原为原料、双醛羧甲基纤维素（DCMC）为大分子交联剂，通过冷冻干燥技术制备了DCMC改性胶原气凝胶，利用FTIR和SEM对其结构和形貌进行了表征。结果表明，DCMC的引入不会改变胶原三股螺旋结构，且制得的DCMC改性胶原气凝胶具有丰富的多孔结构、低密度（8.83~10.38mg/cm3）、高孔隙率（94.99~97.65%）和良好隔热性能。当DCMC含量小于15%时，DCMC改性胶原气凝胶的压缩应力随DCMC含量的增加而变大。此外，为进一步提升DCMC改性胶原气凝胶的隔热性能和耐久性，通过真空浸渍法填充相变材料和浸涂法疏水处理，制备出DCMC改性胶原气凝胶复合相变材料。隔热实验、泄露实验和防污实验等实验结果表明，气凝胶复合相变材料相比于气凝胶具有更加优异的隔热效果，拓展了其实际应用范围。     

玉米淀粉/羧甲基纤维素生物复合凝胶的制备及吸附行为研究

以玉米淀粉与羧甲基纤维素（CMC）为骨架，以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体制备复合凝胶，对复合凝胶材料进行表征。以亚甲基蓝（MB）为吸附质，考察复合凝胶吸附剂对阳离子染料吸附过程的动力学和热力学行为，分析阳离子强度、水体pH值、染料初始质量浓度等对吸附剂吸附性能的影响。结果表明：玉米淀粉-CMC-g-AA-AM-AMPS凝胶是一种表面多孔的吸附材料，其比表面积为24.939 7 m2/g，平均吸附孔径为8.668 2 nm。凝胶对MB的吸附过程与准二级动力学模型和Langmuir模型拟合较好，属于单分子层的化学吸附。阳离子对凝胶吸附MB有明显抑制作用，抑制效果为Al3+>Ca2+>Na+。随着离子强度的增加，抑制作用越明显。在投加量为0.1 g、温度为298 K、pH值为11.0、MB初始质量浓度为2 000 mg/L条件下，吸附剂最大吸附量达到1 938.82 mg/g、去除率为96.94%，能有效去除MB。     

凹凸棒土杂化粒子改性聚乙烯醇/壳聚糖复合膜的结构与性能研究

采用表面引发接枝聚合法制备凹凸棒土接枝聚丙烯酰胺杂化粒子(ATP-g-PAAm),以此改性聚乙烯醇/壳聚糖复合膜(PVA/CS)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、热失重分析(TG)等对三元复合膜(PVA/CS/ATP-g-PAAm)进行了表征,考察了杂化粒子含量对复合膜力学性能、热性能、吸湿率和吸附性能的影响。结果表明,ATP-g-PAAm的加入提高了复合膜的力学性能、结晶度和热稳定性,且能显著提升复合膜对Cu~(2+)的吸附能力。当杂化粒子质量分数为4%时,复合膜的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别为62.4 MPa、184.5 MPa和141.3%,对Cu~(2+)的吸附量高达156.5 mg/g。     

Nanofiber formation of self-crosslinking dialdehyde carboxymethyl cellulose/collagen composites

Self-crosslinking dialdehyde carboxymethyl cellulose (DCMC)/collagen (COL) composites were prepared by blending DCMC and COL at different ratios, and the effect of DCMC amounts on composite nanofiber formation and stability were investigated. The more was the DCMC amount, the higher became the cross-linking degree, thus demonstrating that self-crosslinking system was successfully constructed. At low amount of DCMC, self-assembled DCMC/COL composite exhibited typical nanofiber structure similar to COL nanofibers, and the mean diameter of nanofibers increased from 68 ± 12 to 84 ± 15 nm; additionally, the final turbidity of DCMC/COL composite was higher than that of COL, reflecting more nanofibers formed. We conjectured that nanofiber formation was promoted via adding a small amount of DCMC. However, the inhibition of nanofiber formation was detected by reductions in turbidity at 0.3:1 < DCMC/COL ≤ 2.5:1, and the mean diameter of nanofibers decreased to 54 ± 13 nm at a DCMC/COL ratio of 2.5:1. Meanwhile, crosslinking occurred again between adjacent nanofibers during self-assembly process; therefore, partial nanofibers presented in pairs. At a DCMC/COL ratio of 5:1, nanofiber formation was completely inhibited and DCMC/COL composite consisted of aggregates. In summary, nanofiber formation was first promoted and then inhibited with increased DCMC amounts. Furthermore, low- and high-temperature stability of DCMC/COL nanofibers was better than those of COL nanofibers due to the formation of crosslinks.     

Preparation of gelatin-based films modified with nanocrystalline cellulose

Gelatin is a natural biological macromolecule derived from the collagen in the connective tissue of the skin, bone and other tissues. It has been widely used in medicine, food and industrial production and other fields for easy molding, excellent compatibility and biodegradability. However, physical and chemical disadvantages impede its further application, seriously. Therefore, modification of the gelatin films becomes more and more important. In this study, the gelatin/nanocrystalline cellulose (NCC) composite films were prepared by casting method with 4% glycerol as plasticizer. The effect of NCC on the properties of the composite films was investigated by the characterization of its morphology and mechanical, thermal, and optical properties and water adsorption. The results showed that mechanical, thermal stability and water absorption properties of the gelatin/NCC composite film were obviously improved. The composite films showed the highest tensile strength (13.56?±?0.25 MPa) when the mass concentration of NCC was 0.6%. Adding NCC to gelatin benefited the thermal stability of composite films. The gelatin/NCC composite film of 0.4% NCC had the highest melting transition temperature (138.9 °C). The composite films exhibited the lower water absorption (271.1%) when mass concentration of NCC was 1.0%. Thus, these results indicated that NCC could affect the properties of gelatin-based composite films, and showed it has potential for application in food packing.     

羧甲基纤维素-单宁基吸附树脂的制备及性能研究

制备了羧甲基纤维素-单宁基吸附树脂,并研究了吸附树脂对亚甲基蓝的吸附性能。羧甲基纤维素与单宁结合,通过羧甲基纤维素羧基与单宁酚羟基的协同作用,能有效提高吸附树脂对亚甲基蓝的吸附性能,最大吸附容量可达1 300 mg/g。在亚甲基蓝溶液初始质量浓度为1 000 mg/L,吸附剂投加质量浓度为1.5 g/L时,吸附树脂对亚甲基蓝的吸附率可达98%以上,且羧甲基纤维素-单宁基吸附树脂具有较好的重复使用性能。     

Preparation and characterization of artificial skin using chitosan and gelatin composites for potential biomedical application

A bioadhesive wound-dressing material based on the combination of gelatin and chitosan with a proper ratio was developed and successfully applied in biomedical fields. The composite films were prepared with increase in chitosan concentration in a fixed amount of gelatin and were evaluated for mechanical stability (e.g., tensile strength, elongation-at-break), water and buffer uptake capacity, water and buffer aging, molecular structure, morphology, thermal stability, and for biological properties (e.g., antimicrobial activity, cytotoxicity, in vivo wound-healing performance). It is noteworthy that the 10:3 (gelatin:chitosan) composite films showed the best physico-mechanical, thermal, and antimicrobial properties among the other ratios blend films. The improved mechanical and thermal stability of the 10:3 composite film suggested its promising use as carrier for controlled release drug. The composite film was evaluated using a rat model for in vivo tests to ascertain the applicability of the proper ratio of the chitosan and gelatin in the film for best wound-healing activity. Wound sites dresses with gelatin/chitosan composite films showed excellent rapid healing of the wound surface than those dressed with eco-plaster and gauze. Within a day after dressing with 10:3 composite film, the healing efficiency was found to be 80?%.     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

醋酸纤维素/壳聚糖复合膜制备与性能优化

为拓展醋酸纤维素(CA)在可降解包装材料中的应用,采用溶液共混法制备了醋酸纤维素(CA)和壳聚糖(CS)复合膜,研究了CS含量对CA/CS二元复合膜性能的影响。通过观察并分析复合膜的形貌、断面结构、化学键发现,CS能够充分结合膜内外的孔隙结构,两者之间强烈的相互作用增强了复合膜的各项性能。性能测试结果表明,当CS含量为10%时,复合膜的力学性能达到最大,断裂伸长率及抗拉强度分别增加12.37%和38.62 MPa,降解损失率提高了50.14%。同时,抑制了大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的生长,抗菌率最高能够达到73.9%和54.6%。因此,CS在提高CA膜的力学性能和降解性能的同时,还赋予了复合膜优异的抗菌性。     

PMMA/棉花纤维素复合薄膜的制备及性能

为改善聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的热性能和力学性能,以经过预处理的棉花纤维素为增强体,将PMMA与棉花纤维素溶液按不同比例混合,利用溶液浇铸法制备PMMA/棉花纤维素复合薄膜,并利用热重分析、透光性分析以及拉伸性能测试研究了不同棉花纤维素含量的PMMA/棉花纤维素复合薄膜的性能。结果表明,与PMMA薄膜相比,PMMA/纤维素复合薄膜的热稳定性和力学性能均有所提升,PMMA/纤维素复合薄膜的热分解温度提高8.3%;随着棉花纤维素含量从0增加到15%,拉伸强度从10.53 MPa提升到55.95 MPa,最高提升了431%。此外,复合薄膜的光透过率随着棉花纤维素含量的增加而降低。当棉花纤维素含量为7.5%时,复合薄膜不仅具有良好的力学性能,而且具有较高的透光率,综合性能较好。     

废纸纤维素/SiO2复合气凝胶的性能

对废纸纤维素进行处理，以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）作为硅源，制备纤维素/SiO₂复合水凝胶，经过冷冻干燥得到性能良好的纤维素/SiO₂复合气凝胶。利用扫描电镜（SEM）、接触角测量仪及热重分析（TGA）等对制得的气凝胶进行了表征测试。结果显示材料由大孔、介孔、微孔组成，最低密度为0.107 g/cm³，具有较好的疏水性能，静态疏水接触角可达148.5°，力学性能良好，可实现50%范围内压缩后100%恢复，材料具备良好的吸附性能，吸附油污可达到本身质量的12.7倍，热稳定性提高。在处理有机废水，尤其是水体油污方面有着广阔的应用前景。