Розвиток досліджень і перспективи функціональної целюлози

Останніми роками дослідження функціональної целюлози досягли значного прогресу завдяки зростаючому попиту на стійкі та відновлювані матеріали в різних галузях промисловості. Функціональна целюлоза відноситься до похідних целюлози або модифікованої целюлози зі спеціальними властивостями та функціями, що виходять за межі їхньої нативної форми. Ось деякі ключові досягнення та перспективи функціональної целюлози:

1. Біомедичне застосування: функціональні похідні целюлози, такі як карбоксиметилцелюлоза (CMC), гідроксипропілцелюлоза (HPC) і нанокристали целюлози (CNC), досліджуються для різних біомедичних застосувань. До них відносяться системи доставки ліків, пов’язки для ран, каркаси тканинної інженерії та біосенсори. Біологічна сумісність, здатність до біологічного розкладання та регульовані властивості целюлози роблять її привабливим кандидатом для таких застосувань.
2. Матеріали на основі наноцелюлози: наноцелюлоза, включаючи нанокристали целюлози (CNC) і нанофібрили целюлози (CNF), викликала значний інтерес завдяки своїм винятковим механічним властивостям, високому аспектному співвідношенню та великій площі поверхні. Дослідження зосереджені на використанні наноцелюлози як зміцнення в композиційних матеріалах, плівках, мембранах і аерогелях для застосування в пакуванні, фільтрації, електроніці та конструкційних матеріалах.
3. Розумні та чуйні матеріали: функціоналізація целюлози за допомогою полімерів або молекул, що реагують на подразники, дозволяє розробити розумні матеріали, які реагують на зовнішні подразники, такі як pH, температура, вологість або світло. Ці матеріали знаходять застосування в системах доставки ліків, датчиків, активації та контрольованого вивільнення.
4. Модифікація поверхні: методи модифікації поверхні досліджуються, щоб адаптувати властивості поверхні целюлози для конкретних застосувань. Щеплення поверхні, хімічна модифікація та покриття функціональними молекулами дають змогу ввести бажані функціональні властивості, такі як гідрофобність, антимікробні властивості або адгезія.
5. Зелені добавки та наповнювачі: похідні целюлози все частіше використовуються як екологічні добавки та наповнювачі в різних галузях промисловості для заміни синтетичних і невідновлюваних матеріалів. У полімерних композитах наповнювачі на основі целюлози покращують механічні властивості, зменшують вагу та підвищують довговічність. Вони також використовуються як модифікатори реології, загусники та стабілізатори у фарбах, покриттях, клеях та засобах особистої гігієни.
6. Відновлення навколишнього середовища: функціональні целюлозні матеріали досліджуються для застосування у відновленні навколишнього середовища, наприклад для очищення води, адсорбції забруднюючих речовин і очищення нафтових розливів. Адсорбенти та мембрани на основі целюлози є перспективними для видалення важких металів, барвників та органічних забруднювачів із забруднених джерел води.
7. Зберігання та перетворення енергії. Матеріали, отримані з целюлози, досліджуються для зберігання та перетворення енергії, включаючи суперконденсатори, батареї та паливні елементи. Електроди, сепаратори та електроліти на основі наноцелюлози пропонують такі переваги, як висока площа поверхні, регульована пористість і екологічна стійкість.
8. Цифрове та адитивне виробництво: функціональні целюлозні матеріали використовуються в техніках цифрового та адитивного виробництва, таких як 3D-друк та струменевий друк. Біочорнила та матеріали для друку на основі целюлози дозволяють виготовляти складні структури та функціональні пристрої для біомедичних, електронних і механічних застосувань.

Дослідження функціональної целюлози продовжують розвиватися, керуючись пошуком стійких, біосумісних і багатофункціональних матеріалів у різних галузях. Очікується, що продовження співпраці між академічними колами, промисловістю та державними установами прискорить розробку та комерціалізацію інноваційних продуктів і технологій на основі целюлози в найближчі роки.