华南理工大学岳凤霞课题组 CEJ:氢键对木质素增强增韧纳米纤维素薄膜的影响
2022-10-31 来源:高分子科技
在碳中和的背景下,为了降低合成塑料薄膜对环境污染的影响,开发可再生和可降解的生物质薄膜材料引起了越来越多研究者的关注。受天然木材中纤维素和木质素增强原理的启发,天然、可生物降解的木质素/纳米纤维素复合薄膜展示了良好的开发前景。据推测,在木质素/纳米纤维素复合薄膜的制备过程中,木质素中酚羟基与纤维素之间的氢键作用对其性能起着重要的作用。由于木质素结构的复杂性,在此类复合材料中氢键的形成与作用难以证实,木质素中酚羟基结构与含量对其性能的影响及作用机制尚不清楚。
针对上述问题,华南理工大学岳凤霞课题组提出了利用不同酚羟基(Ph-OH)含量的木质素纳米颗粒(LNPs)作为增强剂制备纳米纤维素(CNFs)复合薄膜的策略,揭示了纤维素分子与木质素间的氢键作用及其对复合膜性能的影响。研究发现,该复合薄膜具有高强度、疏水性、优异的抗紫外线性能和可降解性等优势,对传统的塑料具有良好的替代潜力。
图1.(a)思茅松硫酸盐木质素(KL)和酚化木质素(P1-KL和P2-KL)的2D HSQC NMR谱图;(b)KL和P2-KL的结构模型
图2.木质素纳米颗粒的表征
图3.木质素/纳米纤维素复合薄膜的表征
图4. 木质素/纳米纤维素复合薄膜机械性能的表征
图5. 纤维素分子间和木质素-纤维素间的分子结合模型:(a) cellobiose-cellobiose, (b-e) cellobiose-A (β-aryl ether), (f, g) cellobiose-SR (Secoisolariciresinol), (h-j) cellobiose-6(Triphenylethane)
图6. 木质素/纳米纤维素复合膜中氢键的强化机理
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139770
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