- 介绍
近年来，随着全球气候变化和资源短缺的出现，人们越来越重视环保材料。树木是可持续的和可再生的材料，它为我们提供了庇护和氧气，并从大气中去除二氧化碳。树木是人类社会每天所依赖的主要资源，同时树木和木材作为先进材料提供了更多，影响了新兴的高科技领域，如生物工程、柔性电子和清洁能源。木材纤维细胞的壁是由成千上万的纤维（或大纤维）组成，而纤维素是木质纤维素植物生物量的主要成分，约占木材重量的40minus;45%，。它是地球上最丰富的天然聚合物[1]。
纤维素材料日益重视开发可持续和可再生材料，纤维素材料被认为是主要驱动力之一，并具有满足这些需求的前所未有的潜力。纤维素作为地球上最丰富的可再生材料，由于其固有的生物降解性、可回收性、良好的化学反应性、灵活性和优良的机械加固能力，正在被用于许多新兴的应用中。这种天然生物聚合物可以衍生在许多形态形式(即纤维素纳米纤维(CNF)，纤维素纳米晶体(CNC)，细菌纤维素和微晶纤维素(MCC) 。其中纳米纤维素（纤维素纳米晶体、CNCs或纤维素纳米纤维、CNFs）是一类来自地球上最丰富的可持续材料的天然、可再生聚合物。CNCs和CNFs都已被证明有非常广泛的应用，其潜在的应用范围包括涂料、生物医学、能源、建筑、分离和专业化学工业[2]。分子研究表明，纤维素是一种线性多糖，由重复的d-葡萄糖分子组成，与一个葡萄糖环上的碳和相邻葡萄糖上的氧分子共价键结合。有六个自由羟基在葡萄糖也相互作用形成链内和链间氢键，前者稳定链成线性配置和后者赋予平行叠加相邻链和生成的晶体区域控制纤维素的物理性质如高强度和灵活性。此外，这些存在于纤维素表面的羟基有助于新的功能分子的引入。纤维素具有不同的多态结构，分别是纤维素I（天然纤维素）、纤维素II、纤维素III和纤维素IV。其中，纤维素I是最强的异型，而纤维素II是反平行链取向是最稳定的结构。纳米纤维素的物理和化学性质使其能够广泛用于各种亲水性和疏水性复合基质和杂化材料，包括水凝胶和气凝胶。此外，它们的高表面积-体积比可以增强与聚合物、其他纳米颗粒和小分子的相互作用和结合。最近发表了几篇纳米纤维素综述，涵盖了令人印象深刻的材料性能、新的生产和加工策略、表征、化学表面修饰途径、生物相容性/毒性以及CNCs和CNFs的潜在应用[3]。
-
纳米纤维素的表面修饰[4][5]
- 酸解
在纤维素纳米晶体上进行的第一次修饰阳离子通常发生在水解产生纳米晶体本身的阶段。水解纤维素最常用的酸是硫酸，其次是盐酸。酸的选择会影响所产生的纳米晶体的性质。那些使用硫酸或磷酸分离的表面由于在纳米晶体表面加入一些硫酸盐或磷酸盐基而产生负电荷，导致这些纳米晶体悬浮物的静电稳定。硫酸盐基团的数量取决于水解时间和硫酸的浓度，与磷酸相比，硫酸在所产生的纳米晶体上产生了更高的表面电荷密度。有研究认为，这些基团可以通过用稀的氢氧化钠溶液或高温洗涤来去除。
-
- 氧化
对纤维素进行氧化反应，引入羧酸或醛最常见的方法是硝基羟基在伯醇中选择性氧化产生羧酸或者在高碘酸盐氧化产生醛。自由基（利用Tempo）氧化纤维素已成为流行的表面改性阳离子和批量技术。一般来说，这种氧化需要用次氯酸钠或亚氯酸钠等二次氧化剂来循环速度进行的。另外，溴化钠非常适合通过原位形成次溴酸钠来增加氧化速率。在pHlt;8时，反应进行缓慢，伯醇和仲醇之间的选择性不如在9lt;pHlt;11时，反应对伯醇具有良好的选择性。
-
- 酯化
硫酸化和磷酸化都是水解过程中发生的酯缩合反应的例子。水解过程中原位功能化的唯一例外是使用乙酸或丁酸和盐酸混合的酯阳离子生产乙酰化和丁酸纤维素纳米晶体。通过定量FTIR对酯阳离子水平，可以确定这种方法允许表面羟基几乎完全转化为酯。考虑到纤维素纳米晶体的表面结构，由于表面取代程度高，由于氢键的可能性降低，会对样品的结晶度造成一定的损害。
-
- 酰胺化
与纤维素纳米晶体偶联剂最常用的用途是快速氧化纤维素纳米晶体作为起始材料，目的是实现纤维素纳米晶体的酰胺化。该技术包括通过形成n-羟基琥珀酰亚胺酯来活化CNXLs上的羧酸部分，然后与一个伯胺反应生成酰胺产物。有文献使用1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的氧化CNX-L与末端酰胺化聚（乙二醇）(PEG-NH2)到DSsurf =0.12。
-
- 氨基甲酸化
使用异氰酸酯修饰纤维素纳米晶体大致可分为两类：使用甲甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)附着功能聚合物或其他分子，以及使用非极性异氰酸酯改变纳米晶体的表面性质。首次报道的使用异氰酸酯修饰纤维素纳米晶体的方法是使用TDI将聚己内酯(PCL)转化为纤维素纳米晶体。反应在甲苯中以三乙胺为催化剂，在90℃下反应7天。在此反应中，PCL首先在一端覆盖苯基异氰酸酯，然后与TDI以1：1的化学计量法与TDI反应形成单异氰酸酯，然后与纤维素反应以避免纳米晶体的交联。
-
- 醚化
纤维素纳米晶体的醚阳离子可能是文献中第二普遍的方法。纤维素纳米晶体中最常见的醚阳离子似乎是应用甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)或衍生物使纤维素表面阳离子化。将缩水甘油三甲基氯化铵加入到1.75M氢氧化钠溶液中的纤维素纳米晶体悬浮液中，加热数小时。
- 纳米纤维素的应用
3.1纳米纤维素-石墨烯衍生物杂交体（NCs）
目前，纳米纤维素与石墨烯衍生物的杂化已经在先进的功能材料领域获得了重要的研究兴趣。人们已经认识到，NCs链与氧化石墨烯/还原氧化石墨烯纳米片之间的亲和性、稳定性、分散性以及强共价和非共价界面相互作用是导致具有理想性能的多功能杂化纳米复合材料的一些关键特征。
