Прогресс исследований и перспективы функциональной целлюлозы

Исследования функциональной целлюлозы достигли значительного прогресса в последние годы, что обусловлено растущим спросом на устойчивые и возобновляемые материалы в различных отраслях промышленности. Функциональная целлюлоза относится к производным целлюлозы или модифицированной целлюлозе с индивидуальными свойствами и функциональностью, выходящими за рамки их исходной формы. Вот некоторые ключевые достижения в исследованиях и перспективы функциональной целлюлозы:

1. Биомедицинское применение: функциональные производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ) и нанокристаллы целлюлозы (НЦЦ), исследуются для различных биомедицинских применений. К ним относятся системы доставки лекарств, повязки на раны, каркасы для тканевой инженерии и биосенсоры. Биосовместимость, биоразлагаемость и настраиваемые свойства целлюлозы делают ее привлекательным кандидатом для таких применений.
2. Материалы на основе наноцеллюлозы: Наноцеллюлоза, включая нанокристаллы целлюлозы (CNC) и нанофибриллы целлюлозы (CNF), привлекла значительный интерес благодаря своим исключительным механическим свойствам, высокому соотношению сторон и большой площади поверхности. Исследования сосредоточены на использовании наноцеллюлозы в качестве армирования в композитных материалах, пленках, мембранах и аэрогелях для применения в упаковке, фильтрации, электронике и конструкционных материалах.
3. Умные и отзывчивые материалы: Функционализация целлюлозы полимерами или молекулами, реагирующими на стимулы, позволяет разрабатывать умные материалы, которые реагируют на внешние стимулы, такие как pH, температура, влажность или свет. Эти материалы находят применение в системах доставки лекарств, зондирования, приведения в действие и контролируемого высвобождения.
4. Модификация поверхности: Методы модификации поверхности изучаются для адаптации свойств поверхности целлюлозы к конкретным приложениям. Прививка поверхности, химическая модификация и покрытие функциональными молекулами позволяют вводить желаемые функции, такие как гидрофобность, антимикробные свойства или адгезия.
5. Зелёные добавки и наполнители: Производные целлюлозы всё чаще используются в качестве зелёных добавок и наполнителей в различных отраслях промышленности для замены синтетических и невозобновляемых материалов. В полимерных композитах наполнители на основе целлюлозы улучшают механические свойства, снижают вес и повышают устойчивость. Они также используются в качестве модификаторов реологии, загустителей и стабилизаторов в красках, покрытиях, клеях и средствах личной гигиены.
6. Экологическая ремедиация: Функциональные целлюлозные материалы исследуются для применения в экологической ремедиации, например, для очистки воды, адсорбции загрязняющих веществ и ликвидации разливов нефти. Адсорбенты и мембраны на основе целлюлозы показывают перспективность удаления тяжелых металлов, красителей и органических загрязняющих веществ из загрязненных источников воды.
7. Хранение и преобразование энергии: Материалы, полученные из целлюлозы, исследуются для приложений хранения и преобразования энергии, включая суперконденсаторы, батареи и топливные элементы. Электроды, сепараторы и электролиты на основе наноцеллюлозы обладают такими преимуществами, как большая площадь поверхности, регулируемая пористость и экологическая устойчивость.
8. Цифровое и аддитивное производство: Функциональные целлюлозные материалы используются в цифровых и аддитивных производственных технологиях, таких как 3D-печать и струйная печать. Биочернила и печатные материалы на основе целлюлозы позволяют изготавливать сложные структуры и функциональные устройства с биомедицинскими, электронными и механическими приложениями.

Исследования функциональной целлюлозы продолжают развиваться, движимые поиском устойчивых, биосовместимых и многофункциональных материалов в различных областях. Ожидается, что постоянное сотрудничество между академическими кругами, промышленностью и государственными учреждениями ускорит разработку и коммерциализацию инновационных продуктов и технологий на основе целлюлозы в ближайшие годы.