纳米纤维素的疏水改性及应用研究进展(4)

续表1改性方法modification method改性剂modifier疏水效果hydrophobic result参考文献references聚合物接枝法polymer graft2-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯2-(dimethylamino) ethyl methacrylate接触角从70°增大到140°increasing contact angle from 70° to 140°[31]聚己内酯二醇polycaprolactone diol改性后的复合材料在水中聚集并漂浮在水面上,在疏水性氯仿中分散性好,疏水性能提高the modified composite material aggregating and floating in water, and good dispersion in hydrophobic chloroform, better hydrophobic properties[32]N,N-二甲基氨基-2-甲基丙烯酸甲酯N, N-dimethylamino-2-ethyl methacrylate接触角最高达到130°contact angle up to 130°[33]聚甲基丙烯酸甲酯polymethylmethacrylate接触角最高达到96°contact angle up to 96°[37]聚丙烯酸甲酯polymethyl acrylate接枝后纳米纤维素的分散程度比接枝前纳米纤维素的好,疏水性能提高increasing the degree of dispersion of nano-cellulose after grafting, better hydrophobic properties[38]

2 疏水纳米纤维素的应用

2.1 包装材料

随着能源的大量消耗以及环境污染的加剧，由不可生物降解塑料引起的“白色污染”正引起人们的广泛关注。2018年10月欧盟指出在2021年之前禁止或限制某些一次性塑料制品的使用以阻止不断向海洋中扩散的塑料污染。广大科学家对可生物降解的包装材料开展研究[39-40]。纳米纤维素是天然来源的可生物降解材料，有良好的成膜性，对其疏水化改性降低了水汽透过率，可很好地应用到包装材料中。

Li等[31]通过原子转移及自由基聚合将2-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯(DMAEMA)接枝到CNC表面上，制备得到共价键合的CNC-g-PDMAEMA，随后再添加具有不同碳链长度的烷基溴，将CNC-g-PDMAEMA的叔氨基转变为季铵基，使纤维素纳米晶体从亲水材料转变成疏水性，材料的接触角从70°增大到140°，在大大提高疏水性的同时降低了材料的润湿性，同时还具有一定的抗菌性。制备得到的CNC复合材料具有用作无菌包装材料的潜力。

Farnoosh等[37]通过研究在乳清蛋白分离物/核桃油膜中添加纳米纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)后对乳清蛋白分离物/核桃油膜性能的影响，发现PMMA接枝到纳米纤维素上，可以使纳米纤维素表面具有疏水性，疏水的纳米纤维素再与乳清蛋白分离物/核桃油膜构成生物复合膜，经过测定其接触角达到了96°，疏水性能提高；与未填充膜相比，复合膜的水蒸气阻隔性提高了64%。乳清蛋白分离物本身具有很好的氧气阻隔性和机械特性，并且可降解，在此基础上降低其透水性，获得更好的水蒸气阻断性能可使其应用于包装领域；同时核桃油膜对人体健康无影响，可在食品包装中表现出独特优势。

除此之外，Hu等[34]将CNF/HNTs-ZnO杂化膜浸泡在(1H，1H，2H，2H-十七氟癸基)三氯硅烷和异丙醇中，利用阳离子表面吸附方法对其疏水改性，得到改性后的CNF/HNTs-ZnO杂化膜，接触角超过155°，显示出出色的热稳定性和紫外线稳定性，在包装材料领域具有广阔的应用前景。Song等[41]通过在纳米纤维素纤丝上接枝疏水的单体丙烯酸正丁酯并掺入可生物降解的聚乳酸得到复合薄膜，降低了水蒸气透过率，可应用到可降解的绿色包装材料领域中。

2.2 造纸

疏水纳米纤维素在纸基功能材料中的应用是新材料研究的方向，把传统的纸张赋予新的功能也是科学家们一直在致力研究的热点[42]。

李静[43]将TEMPO氧化的纳米纤维素(TONC)和十八烷基胺(ODA)的混合物在50 ℃碱性条件下反应4 h，得到改性后的TONC。通过对改性后的TONC制得的纸张进行表征，发现接触角显著升高；同时热稳定性、撕裂度和施胶度都有所提高。由此可见，掺入疏水纳米纤维素的纸张性能得到了一定的提升，应用范围更加广阔。胡雪娇[38]以2-溴代异丁酸乙酯(EBIB)为引发剂、铜丝为催化剂、五甲基二乙烯三胺(PMDETA)为配体制备改性剂聚丙烯酸甲酯，随后加入活化的纳米纤维素，反应得到聚丙烯酸甲酯接枝的纳米纤维素(CNC-g-PMA)。研究表明：接枝改性后纳米纤维素的热稳定性提高，与疏水性体系有更好的相容性，进而制备出的纸张的物理化学性能均得到提升，可以扩大纳米纤维素在造纸领域的应用范围。

相对于传统的纸张，疏水改性的纳米纤维素作为添加剂对纸张的各种性能均有促进作用。传统的纸张因具有亲水性限制了其应用范围，而将疏水纳米纤维素添加至纸张中使得纸张具备一定的疏水性，从而将传统纸张的应用领域向疏水方向扩展，可取代一些不可降解的、对环境有害的传统疏水材料，如塑料等，极大地减少环境污染[44]。

文章来源：《造纸科学与技术》 网址: http://www.zzkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0503/576.html