電力電容器纖維素紙

纖維素納米紙（CNP）具有質(zhì)量輕、機械強度高、光學性能優(yōu)異、熱穩(wěn)定性好、熱延展性低、阻隔性高以及可生物降解等一系列優(yōu)點，在電子器件、顯示基板、太陽能電池、包裝阻隔材料等領(lǐng)域有著巨大的應用潛力。然而，CNP對水敏感，大量的水或高濕度環(huán)境會使纖維素潤脹，從而導致其失去原有的穩(wěn)定性和機械強度，這大大限制了CNP在水中以及高濕條件下的應用。目前，國際上一般采用乙?；?、硅烷化或接枝改性等方法來改善CNP的抗水性能，這些方法在一定程度上能夠改善CNP的耐水性，但復雜的化學改性方法也會不可避免地造成CNP機械性能的損失和制備成本的提高。

近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所生物基材料組群木質(zhì)纖維素精煉課題組，采用了易回收的有機酸水解法從天然木質(zhì)纖維中提取含木質(zhì)素的納米纖維素，然后通過機械力協(xié)同作用制得具有優(yōu)異抗水性能的CNP。整個制備過程無需任何復雜的化學改性，直接通過一步法有機酸水解分級解離天然纖維原料，并得到含木質(zhì)素的納米纖維素；隨后在二甲基乙酰胺（DMAC）中，通過機械力作用實現(xiàn)納米纖維表面分子的部分溶解，溶解的纖維素分子在干燥成膜的過程中發(fā)生重結(jié)晶；重結(jié)晶的纖維素分子和具有天然疏水特性的木質(zhì)素協(xié)同作用填補了CNP中納米纖維素之間的缺陷，形成更為致密的納米結(jié)構(gòu)。該方法制得的CNP具有良好的機械性能（255 MPa, 19.7 MJ m-3），不僅克服了CNP怕水的缺點（濕強可達83 MPa，為現(xiàn)有文獻報道的最高值），而且木質(zhì)素的引入還賦予了CNP優(yōu)異的紫外吸收性能。該研究開發(fā)的制備過程無需復雜工藝和昂貴試劑，所用溶劑均可回收，整個過程清潔，并可實現(xiàn)CNP強度和紫外屏蔽性能的可控制備，產(chǎn)品具有良好的應用前景。相關(guān)成果作為Back cover文章發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A 雜志上（JMCA 2018，DOI: 10.1039/C8TA01986J）。

納米纖維素因其獨特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)越的性能一直受到學術(shù)和企業(yè)界的關(guān)注和重視，日漸成為新材料和纖維素科學領(lǐng)域的研究熱點。但是，從天然木質(zhì)纖維素中提取納米纖維素的工藝過程一直存在著能耗高、用水量大、化學藥品不易回收等問題。為攻克上述難題，木質(zhì)纖維精煉課題組長期致力于開發(fā)新型綠色高效的納米纖維素制備方法，在國際上率先建立了基于易回收的固體酸和有機酸水解法制備納米纖維素的方法體系，包括磷鎢酸水解法制備纖維素納米晶體CNC（Carbohydrate Polymers, 2014, 110: 415），甲酸水解-TEMPO氧化法制備高分散性CNC（Carbohydrate Polymers, 2015, 113: 605），氯化鐵催化的甲酸水解法制備CNC（Cellulose, 2016, 23: 2389）和纖維素納米纖絲CNF（Industrial Crops and Products, 2016, 94: 736），以及一步法從煙稈中提取具有高抗水特性的CNF（Journal of Materials Chemistry A, 2018），并先后申請一系列中國發(fā)明專利，目前已授權(quán)2項（ZL2013104830736；ZL201510680481.X）。課題組在納米纖維素方面的相關(guān)系列研究為高效、低成本、綠色制備納米纖維素以及相關(guān)高性能復合材料開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的應用提供了新的思路，相關(guān)成果綜述發(fā)表在《化學進展》（Progress in Chemistry, 2018, 30, 448）雜質(zhì)上，并被推薦為熱點文章。

相關(guān)系列研究獲得了國家自然科學基金、國家十二五科技支撐計劃、山東省重點研發(fā)計劃、山東省自然科學基金等的資助。

一步法納米纖維素——二甲基乙酰胺中表面分子溶解——重結(jié)晶——得到致密納米結(jié)構(gòu)纖維素納米紙

青島能源所制備出高濕強、高韌性兼具紫外屏蔽功能的纖維素納米紙

相關(guān)成果：

1. Flexible cellulose nanopaper with high wet tensile strength, high toughness and tunable ultraviolet blocking ability fabricated from tobacco stalk via a sustainable method.

2. 納米纖維素的制備及產(chǎn)業(yè)化.

3. Preparation and characterization of functional cellulose nanofibrils via formic acid hydrolysis pretreatment and the followed high-pressure homogenization.

4. Preparation and characterization of thermally stable cellulose nanocrystals via a sustainable approach of FeCl3-catalyzed formic acid hydrolysis.

5. Properties of nanocellulose isolated from corncob residue using sulfuric acid, formic acid, oxidative and mechanical methods.

6. Cellulose nanocrystals prepared via formic acid hydrolysis followed by TEMPO-mediated oxidation.

7. A novel approach for the preparation of nanocrystalline cellulose by using phosphotungstic acid.

8. 一種制備納米纖維素的方法. 中國發(fā)明專利.

9. 一種金屬鹽催化甲酸水解制備納米纖維素的方法. 中國發(fā)明專利.

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