華南理工大學(xué)李擘團(tuán)隊(duì) Small：一種基于根冠結(jié)構(gòu)的全植物基阻隔材料

2025-03-07 來源：高分子科技

可降解且資源豐富的纖維素纖維基材料是傳統(tǒng)塑料的理想替代品。因其結(jié)構(gòu)疏松多孔且具有親水基團(tuán)，防水、防油和阻氣性能差，常使用阻隔特性顯著的化學(xué)助劑提升其阻隔性能，但是，這類物質(zhì)中通常含有難以降解、對人體有害的成分，對人類健康構(gòu)成潛在威脅。因此，安全、可靠的生物質(zhì)基阻隔材料成為了研究的重點(diǎn)。

提出了一種創(chuàng)新性的全植物基、可降解的材料設(shè)計(jì)方案。該方案中，機(jī)械法制備的含木質(zhì)素的纖維素納米纖維（M-LCNFs）代表樹根，與竹漿和甘蔗漿混合制備纖維素纖維基材；通過溶膠-凝膠法制備LCNFs薄膜，代表樹冠；LCNFs水凝膠代表樹干，通過氫鍵將薄膜與基材結(jié)合，從而形成全植物基阻隔材料。與涂布法制備的阻隔材料相比，該材料顯著提高了防水、防油、阻氣和機(jī)械性能（Cobb值和水蒸氣透過率分別下降了75.27%和16.43%，Kit值達(dá)到12），同時展現(xiàn)了優(yōu)異的自然降解性，具備在食品、化妝品和醫(yī)藥等對安全性要求高的行業(yè)中的應(yīng)用潛力。

圖1. 阻隔材料的制造和性能.

阻隔材料的阻隔性能

圖2. 阻隔材料的阻水阻氣性能.

圖3. 阻隔材料的阻油性能.

圖4. 阻隔材料的機(jī)械性能和降解性能.

圖5. 不同干燥條件下材料的防水防油性以及表面形貌

本研究成功地設(shè)計(jì)了一種具有“冠-根”結(jié)構(gòu)的全植物基、可降解的阻隔材料。通過創(chuàng)新性地結(jié)合M-LCNFs、LCNFs薄膜和LCNFs水凝膠，該材料顯著提升了纖維素纖維基材料的防水、防油、阻氣性能以及機(jī)械性能。當(dāng)LCNFs含量為10 g m-2時，該材料的Cobb值降低了75.27%，水蒸氣透過率（WVTR）下降了16.43%，空氣滲透性下降了59.26%，Kit值達(dá)到最大值12。研究為開發(fā)具備優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和阻隔性能的可持續(xù)包裝材料提供了新的可能性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

論文信息：

‘Crown-Roots’ Structure Formed by Lignin-Containing Cellulose Nanofibers for All-Natural, Biorenewable Barrier Material

Xunhong Gu, Wanhua Wang, Jinyu Kang, Xinrui Dong, Peilin Guan, Bo Li

Small

https://doi.org/10.1002/smll.202407438

下載：‘Crown-Roots’ Structure Formed by Lignin-Containing Cellulose Nanofibers for All-Natural, Biorenewable Barrier Material

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（責(zé)任編輯：xu）

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