华南理工大学李擘团队 Small：一种基于根冠结构的全植物基阻隔材料

2025-03-07 来源：高分子科技

可降解且资源丰富的纤维素纤维基材料是传统塑料的理想替代品。因其结构疏松多孔且具有亲水基团，防水、防油和阻气性能差，常使用阻隔特性显著的化学助剂提升其阻隔性能，但是，这类物质中通常含有难以降解、对人体有害的成分，对人类健康构成潜在威胁。因此，安全、可靠的生物质基阻隔材料成为了研究的重点。

提出了一种创新性的全植物基、可降解的材料设计方案。该方案中，机械法制备的含木质素的纤维素纳米纤维（M-LCNFs）代表树根，与竹浆和甘蔗浆混合制备纤维素纤维基材；通过溶胶-凝胶法制备LCNFs薄膜，代表树冠；LCNFs水凝胶代表树干，通过氢键将薄膜与基材结合，从而形成全植物基阻隔材料。与涂布法制备的阻隔材料相比，该材料显著提高了防水、防油、阻气和机械性能（Cobb值和水蒸气透过率分别下降了75.27%和16.43%，Kit值达到12），同时展现了优异的自然降解性，具备在食品、化妆品和医药等对安全性要求高的行业中的应用潜力。

图1. 阻隔材料的制造和性能.

阻隔材料的阻隔性能

图2. 阻隔材料的阻水阻气性能.

图3. 阻隔材料的阻油性能.

图4. 阻隔材料的机械性能和降解性能.

图5. 不同干燥条件下材料的防水防油性以及表面形貌

本研究成功地设计了一种具有“冠-根”结构的全植物基、可降解的阻隔材料。通过创新性地结合M-LCNFs、LCNFs薄膜和LCNFs水凝胶，该材料显著提升了纤维素纤维基材料的防水、防油、阻气性能以及机械性能。当LCNFs含量为10 g m-2时，该材料的Cobb值降低了75.27%，水蒸气透过率（WVTR）下降了16.43%，空气渗透性下降了59.26%，Kit值达到最大值12。研究为开发具备优异机械强度和阻隔性能的可持续包装材料提供了新的可能性，具有广泛的应用前景。

论文信息：

‘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

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

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（责任编辑：xu）

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