摘要
纤维素纳米晶（CelluloseNanocrystals，简称CNC）由于高结晶度、低密度、高比表面积和光学性能优异而备受关注。目前CNC的制备是以纤维素作原料，使用硫酸水解，CNC的性质与纤维素来源和提取条件（如反应时间和酸质比）密切相关。CNC悬浮液蒸发干燥自组装形成手性向列型结构薄膜，最大反射波长可以由螺距调控。CNC被水分子润涨后，薄膜螺距随之增大，造成一系列特殊的颜色变化。 本论文研究不同条件制备的CNC的性能，并用CNC与水性聚氨酯（WPU）共混制备复合膜，改善薄膜力学性能，并将其光学特性用于防伪。首先，以桉木漂白硫酸盐浆和棉花为原料，在不同水解时间下制备CNC，蒸发干燥自组装成膜。然后，将桉木漂白硫酸盐浆CNC悬浮液与WPU共混，制备CNC/WPU复合膜，使用Nordson直接书写打印机在薄膜表面进行精细图案化，结合复合膜的水敏特性用于防伪。 硫酸水解制备的CNC悬浮液稳定性较好，透射电子显微镜结果表明CNC长径比均为15左右。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射表明硫酸水解没有影响其晶型和结构，保留了纤维素的特有官能团和Iβ晶型，桉木漂白硫酸盐浆纤维素纳米晶的结晶度为81.88%，短绒棉纤维素纳米晶的结晶度为89.80%，长绒棉纤维素纳米晶的结晶度为89.38%。薄膜断面扫描电子显微镜（SEM）结果表明CNC自组装均能形成胆甾相液晶结构，偏光显微镜表明薄膜具有双折射效应。随着水解时间的增加，纤维素纳米晶的粒径均逐渐减小，螺距随之减小，紫外可见反射光谱（UV-Vis）表明最大反射波长减小，CNC薄膜颜色蓝移。 UV-Vis表明CNC/WPU复合膜最大反射波长为435nm，偏光显微镜下呈现鲜艳的蓝色，具有双折射特性。SEM表明复合膜形成了手性向列相结构，薄膜的螺距为287nm。WPU的加入提升了复合膜的力学性能，断裂伸长率为3.5%。流变结果表明PVA墨水具有剪切变稀特性，可用于直接书写打印（DIW）图案化。使用PR730光谱辐射度计连续测量图案化薄膜水分响应的光谱数据，结果表明复合膜对水的响应会造成薄膜颜色从蓝光到近红外光的红移，当PVA墨层厚度不同时，颜色红移速度不同，同一时刻的最大反射波长不同。基于此设计了一种水敏实时变色响应不可逆防伪标签，与其他防伪技术相比，此标签识别鉴定简便，具有实时比色效应，且与二维码防伪技术相结合，是具有多重防伪功能的防伪标识。
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