Ход исследований и перспективы функциональной целлюлозы

В последние годы исследования функциональной целлюлозы добились значительного прогресса, что обусловлено растущим спросом на экологически чистые и возобновляемые материалы в различных отраслях. Функциональная целлюлоза относится к производным целлюлозы или модифицированной целлюлозе с индивидуальными свойствами и функциями, выходящими за рамки их нативной формы. Вот некоторые ключевые достижения в исследованиях и перспективы функциональной целлюлозы:

1. Биомедицинские применения. Функциональные производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ) и нанокристаллы целлюлозы (ЦНК), исследуются для различных биомедицинских применений. К ним относятся системы доставки лекарств, перевязочные материалы для ран, каркасы тканевой инженерии и биосенсоры. Биосовместимость, биоразлагаемость и регулируемые свойства целлюлозы делают ее привлекательным кандидатом для таких применений.
2. Материалы на основе наноцеллюлозы. Наноцеллюлоза, включая нанокристаллы целлюлозы (CNC) и нанофибриллы целлюлозы (CNF), вызвала значительный интерес благодаря своим исключительным механическим свойствам, высокому соотношению размеров и большой площади поверхности. Исследования сосредоточены на использовании наноцеллюлозы в качестве армирования композиционных материалов, пленок, мембран и аэрогелей для применения в упаковке, фильтрации, электронике и конструкционных материалах.
3. Умные и отзывчивые материалы. Функционализация целлюлозы с помощью полимеров или молекул, реагирующих на раздражители, позволяет разрабатывать «умные» материалы, которые реагируют на внешние раздражители, такие как pH, температура, влажность или свет. Эти материалы находят применение в системах доставки лекарств, чувствительности, приведения в действие и контролируемого высвобождения.
4. Модификация поверхности: исследуются методы модификации поверхности, чтобы адаптировать свойства поверхности целлюлозы для конкретных применений. Поверхностная прививка, химическая модификация и покрытие функциональными молекулами позволяют придать желаемые функциональные свойства, такие как гидрофобность, антимикробные свойства или адгезия.
5. Зеленые добавки и наполнители. Производные целлюлозы все чаще используются в качестве экологически чистых 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. Восстановление окружающей среды. Функциональные целлюлозные материалы исследуются для применения в целях восстановления окружающей среды, таких как очистка воды, адсорбция загрязняющих веществ и очистка от разливов нефти. Адсорбенты и мембраны на основе целлюлозы перспективны для удаления тяжелых металлов, красителей и органических загрязнителей из загрязненных источников воды.
7. Хранение и преобразование энергии: материалы, полученные из целлюлозы, исследуются для применения в хранении и преобразовании 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 технологиях цифрового и аддитивного производства, таких как 3D-печать и струйная печать. Биочернила и материалы для печати на основе целлюлозы позволяют создавать сложные структуры и функциональные устройства биомедицинского, электронного и механического применения.

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