基于层层自组装技术构建量子点纤维素基防伪纤维的机制研究

Development of new high efficient bio-based nano-anti-counterfeiting materials is now one of the important contents of anti-counterfeiting technology research. It takes the renewable lignocellulosic biomass materials as research basis in this study, aiming at the international frontier of the field of quantum dots, to carry out the original innovation of anti-counterfeiting cellulosic fibers by loading quantum dots. Based on the layer by layer self-assembly technology, quantum dots will be assembled on the surface of cellulosic fiber and the quantum dots fiber on the influence of fluorescent characteristic of quantum dots will be explored. Analysis of quantum dots with unique fluorescence properties, adsorption process of fiber and dynamic theory analysis, the anti-counterfeiting cellulosic fibers by loading the quantum dot will be constructed. The action mechanism of the quantum dots fiber by layer by layer self-assembly technology will be revealed by the modern instrumental analysis technique. Based on the mathematical statistics and linear regression techniques, the influence factors of the fluorescence intensity of quantum dots fiber will be studied, and a mathematical model for predicting the fluorescence intensity of quantum dots fiber will be built. Then the design mechanism of anti-counterfeiting cellulosic fibers by loading the quantum dots with high fluorescence quantum yield will be studied. It lays the theoretical foundation for the quantum dots fiber in the realization of special materials and creates a new theory and new technology of quantum dots anti-counterfeiting fiber. It has great significance both in theory sense and engineering practice.

发展新型高效生物基纳米防伪材料，是当前防伪技术研究的重要内容之一。本研究以可再生木质纤维素生物基材料为基点，瞄准量子点国际前沿领域，开展量子点纤维素基防伪纤维的原始创新基础研究。基于层层自组装技术，在纤维素基纤维表面组装量子点，探索量子点纤维对量子点独特荧光特性的影响机制；基于组配的量子点独特荧光性能、纤维吸附过程及动力学理论研究，构建量子点纤维素基防伪纤维；采用现代仪器分析技术揭示层层自组装的量子点纤维的作用机制，同时基于数理统计和线性回归技术，研究影响量子点纤维荧光强度的因素，构建预测量子点纤维荧光强度的数学模型，解析高荧光量子产率的量子点纤维素基防伪纤维的构建机制，为实现量子点纤维在特种材料中的防伪应用奠定理论基础，开创量子点纤维防伪的新理论和新技术，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

发展新型高效生物基纳米防伪材料，是当前防伪技术研究的重要内容之一，本研究以针叶木纤维为基点，开展量子点纤维素基防伪纤维的研究。以Te粉和 NaBH4为原料，制备CdTe量子点，并采用双螺杆挤压技术制备纳米淀粉，采用FTIR、SEM、XRD、TEM等对量子点、纳米淀粉进行表征。结果表明，以巯基丙酸作为稳定剂，在水相中pH为11.0，反应温度95℃，回流5h，可优化合成CdTe量子点，量子点直径约5nm；挤压温度和扭矩对制备纳米级的淀粉颗粒十分关键，当挤压机温度为145℃，挤压扭矩85%，螺杆转速320rpm，塑化剂用量10%，交联剂用量2%，淀粉颗粒的平均粒径为80nm左右，且纳米淀粉颗粒完整，表面光滑，大小分布均匀但呈团聚。研究了量子点CdTe对纤维组装性能的影响，采用层层自组装技术，筛选、优化量子点组配参数及层层自组装技术参数，采用Langmuir和 Freundlich方程研究纤维素基纤维组装聚合物、量子点等的吸附过程和动力学理论，并初步探讨了其防伪机制。结果表明，层层自组装CdTe量子点，量子点能吸附在纳米淀粉表面，但附着率较低，28.6%的CdTe量子点通过纳米淀粉加载吸附在纤维表面，量子点的发光效率为78.8%，量子点CdTe在纳米淀粉载体的组装下，相对于 Freundlich方程的拟合度更高。采用搅拌吸附和载体表面涂布两张方式将量子点成功载入纤维纸中，探讨了搅拌时间，稳定剂种类，浆浓，量子点粒径对量子点留着的影响，当搅拌时间60min，浆浓1%，量子点平均粒径5nm，量子点留着率较高，稳定剂电荷密度越高，量子点的留着率越高。量子点留着率高的纤维纸，纸张的抗张指数，耐破指数，撕裂指数和耐折度有一定程度的下降，但通过载体载入的量子点纤维纸，强度性能有一定的提高，量子点纤维纸的TGA和DTGA表明量子点在一定程度上提高了纤维的热稳定性。量子点在纳米淀粉的组装下，通过层层自组装技术，成功组装在纤维上，在400nm激发光下发出较强的蓝绿色荧光，在650nm激发光下发出较弱的绿色荧光，成功构建了具有一定防伪功能的量子点纤维，为实现量子点纤维在特种材料中的防伪应用奠定了理论基础。