广西大学李许生课题组 CEJ: 支化纤维和活化残留木质素改善纸张水稳定性

广西大学李许生课题组 CEJ: 支化纤维和活化残留木质素改善纸张水稳定性 - 助力“以纸代塑”

2022-09-10 来源：高分子科技

在全球能源与环境议题所催生的绿色、低碳、可持续发展理念背景下，特别是随着“限塑令”和“双碳”目标的落地实施，“以纸代塑”的呼声越来越高。然而，纸张水稳定性不足，一直是其代替塑料应用所面临的重大挑战。

近期，广西大学李许生团队受启发于天然木材的水稳定性原理，即木质素紧紧包裹着纤维素，限制其吸水和膨胀，并给纤维间结合氢键提供保护，免受水分子的破坏。因此，提出通过改善纸张内部结构并充分利用木质素实现纤维素在水环境中应用的潜力。通过化学、机械和热处理，从木材中开发出水稳定、坚固、可生物降解的木质纤维素吸管(LCS)（图1a）。化学预处理活化了纤维中残留木质素，增强了纤维间的附着力。机械处理则支化了纤维，改善纤维之间的交织强度。残留木质素和支化纤维填充相邻主干纤维之间的空隙，增强了纤维间的相互作用。进一步热处理，残留木质素在热和收缩应力的共同作用下软化并渗透相邻纤维间的缝隙，作为多酚粘合剂增强LCS的机械强度和耐水性。LCS表现出卓越的水稳定性（图1b）、优异的力学性能（图1c）以及可完全自然降解特征（图1d）。它有希望成为塑料吸管的可持续替代者。该工作以“Water-stable, strong, biodegradable lignocellulose straws replacement for plastic straws” 为题发表在《Chemical Engineering Journal》上（Chem. Eng. J. 451 (2023) 138970），文章第一作者是广西大学2020级硕士研究生董藤藤。该研究得到广西创新驱动发展专项的支持。

图1 木质纤维素吸管的设计流程及效果展示

该工作是团队近期关于木质素改善纸张水稳定性方面研究的最新进展之一。木质素与纤维素复合物体系不可避免地会导致迁移、浸出和不相容等诸多问题。为此团队提出通过改善纸张内部结构并充分利用残留木质素实现纤维素在水环境中应用的潜力。在过去的两年中，团队开发了高湿强度的纳米纸（Green Chem., 2021, 23, 10062）和具有持续湿支撑强度的纸餐具（Ind. Crops Prod.，2021, 113756），并解析了纤维形态结构及木质素官能团变化对纸张水稳定性的内在影响规律。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138970

2022.10.27前免费获取链接：https://authors.elsevier.com/a/1fioA4x7R2ce9H

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（责任编辑：xu）

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