TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维增强复合材料及其功能化研究进展

纤维素和几丁质具有相似的结构，是自然界中储量丰富的两类天然多糖。经2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化修饰制备的纤维素和几丁质纳米纤维，不仅具有多糖类物质的良好亲水性、生物可降解性、生物相容性及丰富的官能团(羟基、羧基、乙酰氨基和氨基等)所带来的特定化学性质，而且还具有纳米纤维的纳米尺寸效应、大比表面积、高表面活性、高结晶度和手性液晶相结构等特点，已成为生物质纳米材料领域的研究重点之一。本文对TEMPO氧化修饰制备天然多糖纳米纤维的方法及剥离机制进行了总结，同时重点综述了TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维在薄膜、凝胶、导电、医用、电磁屏蔽及环境等复合材料的增强和功能升级等方面的研究进展，强调了纤维素和几丁质纳米纤维的官能团及纳米尺寸在复合材料中的增效机制。最后，对天然多糖纳米纤维的发展方向及其在各领域应用的机遇与挑战进行了展望。     

原子转移自由基聚合法接枝改性纳米纤维素及其功能化应用

纳米纤维素不仅具有天然纤维素的基本结构和特性,还具有纳米粒子的独特性能,使其成为众多领域的研究热点。然而,由于纳米纤维素表面存在丰富的羟基,导致表面化学性质单一,需要对其进行化学改性拓宽应用领域。原子转移自由基聚合法(ATRP)能够对纳米纤维素表面进行接枝改性,从而赋予纳米纤维素多样化的功能特性,是纳米纤维素高值化应用的重要方法。本文首先总结了传统ATRP法以及四种新型ATRP法在纳米纤维素表面接枝改性中的应用进展;随后介绍了ATRP法在纳米纤维素端基接枝改性中的应用进展;然后分别介绍了ATRP改性的纳米纤维素接枝共聚物在纳米复合增强、智能响应、环保和生物医疗等领域的应用研究;最后总结了ATRP法改性纳米纤维素存在的难点,并展望了未来ATRP法在纳米纤维素接枝改性领域的发展趋势。     

纤维素纳米纤维对聚乙烯醇复合膜性能的影响

采用TEMPO氧化法制得直径4~10 nm,长径比达100以上的蔗渣纤维素纳米纤维（CNF）,并利用CNF与聚乙烯醇（PVA）制备CNF/PVA复合膜,研究了添加甘油或聚乙二醇（PEG-400）对CNF/PVA复合膜透光率及力学刚性性能的影响。结果表明,CNF/PVA复合膜能兼具纯CNF膜的高机械强度和纯PVA膜的高延展性,CNF含量为25%的CNF/PVA复合膜在400~700 nm波长范围内的透光率达90%以上,杨氏模量为4.72 GPa的同时断裂伸长率可达6.92%;添加甘油或PEG-400会降低膜的机械刚性而提高膜的拉伸性能,两者均会降低膜的透光度。     

溶解纤维素-PVA复合凝胶的制备及其性能研究

将微晶纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）溶剂体系,并与聚乙烯醇（PVA）NMMO溶液混合,采用溶胶-凝胶工艺制备纤维素-PVA复合凝胶,探究不同凝固浴对复合凝胶性能的影响,并利用X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段考察了复合凝胶的晶体结构、热稳定性、微观结构等性能,讨论基于NMMO溶剂体系纤维素与PVA复合的成胶机理。结果表明,与分别以水及无水乙醇为凝固浴制得的复合凝胶相比,以20% NMMO/1%硼砂为凝固浴制得的复合凝胶无裂纹,且具有良好的韧性,机械性能最佳;经NMMO溶解后制得的纤维素凝胶由纤维素Ι型转变为纤维素Ⅱ型,而经1%硼砂交联后制得的纤维素-PVA复合凝胶在2θ=13.18°和19.46°处出现新的结晶峰,其为PVA的衍射峰,说明纤维素与PVA交联复合;热重分析显示,与纤维素凝胶相比,纤维素-PVA复合凝胶的热稳定性显著提高,热降解初始温度从270℃升高至280℃左右;利用SEM可观察到经硼砂交联后的纤维素-PVA复合凝胶的孔隙约500 nm,相对于纤维素凝胶,其孔隙结构更均匀紧凑。     

美籍华人王哲铮博士在北京讲学

应北京机械工程学会的邀请,美国FMC公司中央实验室王哲铮博士于1982年7月5—13日在北京讲学。这次学术活动由北京航空学院主办,北京市各有关高等院校,科研单位、工厂的代表参加了这次学术活动。     

果胶多糖水热法降解及其产物体外抗氧化性评价

采用水热法降解商品果胶多糖,并对其降解产物的抗氧化活性进行评价。结果表明,水热法降解果胶多糖的最优工艺条件为水热处理温度140 ℃、水热处理时间30 min、pH 6;在此条件下,果胶多糖降解产物得率达46.2%。在此基础上,采用乙醇分级沉淀法对果胶多糖水热处理液进行分离,得到3 种不同分子质量范围的果胶多糖降解产物（S1、S2和S3）,其重均分子质量分别为13.4、7.5 kDa和5.7 kDa。以商品果胶多糖和3 种降解产物为研究对象,进行抗氧化性评价,结果表明,S1组分对1,1-二苯基-2-苦基肼自由基的清除率达49.8%,是商品果胶的4 倍;S3组分对超氧阴离子自由基的清除率达58.7%,是商品果胶的10 倍。说明水热降解果胶多糖可显著提高其抗氧化活性,为果渣废弃物的高效利用提供理论依据。     

羟基-炔点击化学改性半乳甘露聚糖薄膜的制备及性能研究

以植物源半乳甘露聚糖(GM)为原料，1-苯基-2-丙炔-1-酮(PPK)为醚化试剂，通过绿色高效的羟基-炔点击化学改性技术，成功地在室温条件下制备得到兼具优异力学性能、疏水性能和紫外屏蔽性能的半乳甘露聚糖苯丙基烯酮醚(GMPPK)薄膜。结果表明：羟基-炔点击化学可以实现GM表面羟基的高效醚化。与未改性的GM薄膜相比，由于PPK分子的引入，GMPPK薄膜表现新的紫外屏蔽性(GMPPK2在275 nm处的屏蔽率高达98.86%)、疏水性(水接触角从74.9°增加至96.5°)和耐水溶胀性。此外，随—OH∶PPK的反应摩尔比增加，GMPPK2薄膜的力学性能进一步增加，其拉伸应力为44.7 MPa，韧性为1.7 MJ/m³，杨氏模量为25.3 MPa，分别是未改性GM薄膜的2.2倍、1.9倍和2.4倍。研究结果可为开发高性能半乳甘露聚糖包装薄膜材料的应用研究奠定理论基础。