Page 64 - 《精细化工》2020年第1期

·50· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

纯 PLA 膜的水蒸气透过率和氧气透过率分别为 并通过丁酸酐对 CNC 进行了表面修饰，获得改性纳
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143.4 g/(m ·d)和 3157.1 cm /(m ·d·MPa)，添加质量分 米纤维素（BCNC），表面修饰后，纳米纤维素的晶
数 5%的 BCNC 后，BCNC/PLA 膜的水蒸气透过率和 体结构没有变化，但在有机溶剂 CH 2 Cl 2 中的分散性
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氧气透过率分别下降至 57.4 g/(m ·d)和 2051.4 cm / 得到明显提升。
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(m ·d·MPa)，分别下降了 60.0%和 35.0%。因为纳米 （2）添加 BCNC 可提升 PLA 膜的拉伸强度和
纤维素材料在 PLA 基体中能形成致密的网络结构， 断裂伸长率，对 PLA 起到很好的增强增韧效果，同
可延长气体分子渗透的路径，提升对水蒸气和氧气 时也可以减小 PLA 膜的水蒸气透过率和氧气透过
的阻隔性能 [21] 。而在 CNC/PLA 膜中，水蒸气透过率 率，提升 PLA 的阻隔性能。BCNC 对 PLA 复合膜
和氧气透过率随着 CNC 含量的增加呈现出先下降后 的透光率影响不大，添加质量分数为 5%的 BCNC，
上升的趋势，CNC 添加质量分数 3%时，CNC/PLA BCNC/PLA 复合膜仍具有较高的透明度。
膜的阻隔性最好，添加量 5%时，膜的阻隔性下降。 （3）相较于未改性的 CNC，BCNC 与 PLA 基
因为 CNC 与 PLA 间的界面结合较差，当添加的 CNC 体间有更好的界面结合，对改善 PLA 力学性能和阻
达到一定量时，纳米纤维素可相互接触，界面结合 隔性能的效果更显著。制得的 BCNC/PLA 复合膜拥
处形成了水和氧气的渗透通路，导致复合材料膜的 有良好的力学性能、光学性能和阻隔性能，能满足
阻隔性下降 [22] 。 大多数商品和食品薄膜包装材料的性能要求。对解
2.8 PLA 复合膜的光学性能分析 决包装废弃物带来的白色污染问题，实现绿色化包
图 8 是纯 PLA 膜、CNC 抽滤膜和 BCNC/PLA 装具有很好参考意义。
膜的紫外-可见光透过率检测曲线。
参考文献：
[1] Panaitescu D M, Vuluga D M, Paven H, et al. Properties of polymer
composites with cellulose microfibrils[J]. Molecular Crystals, 2008,
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[2] Immonen K, Lahtinen P, Pere J. Effects of surfactants on the
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[3] Huang L, Zhang X, Xu M, et al. Preparation and mechanical
properties of modified nanocellulose/PLA composites from cassava
residue[J]. AIP Advances, 2018, 8(2): 025116-025123.
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carboxylated cellulose nanocrystals from borer powder of bamboo[J].
Cellulose, 2014, 21(3): 1611-1618.

[5] Sun B, Zhang M, Hou Q, et al. Further characterization of cellulose
图 8 PLA 膜和不同 BCNC/PLA 膜的透光率 nanocrystal (CNC) preparation from sulfuric acid hydrolysis of
Fig. 8 UV-Vis light transmission of PLA film and BCNC/ cotton fibers[J]. Cellulose, 2016, 23(1): 439-450.
PLA films [6] Mariano M, Cercená R, Soldi V. Thermal characterization of cellulose
nanocrystals isolated from sisal fibers using acid hydrolysis[J].
由图 8 可知，PLA 膜在 450~800 nm 区间的透 Industrial Crops and Products, 2016, 94(30): 454-462.
[7] Yao Jin (姚进), Li Zhihan (李知函), Shi Junhua (史军华), et al.
光率为 73%。加入 BCNC 后，BCNC/PLA 膜的透光 Structural and properties of cellulose nanocrystals isolated from the
率随着 BCNC 含量的增加不断减小，这可能是 PLA fruit shell of camellia oleifera abel[J]. Fine Chemicals (精细化工),
2018, 35(11): 1853-1858.
结晶度增加引起 [23-25] 。但复合膜仍保持较高的透光 [8] Raquez J M, Murena Y, Goffin A L, et al. Surface-modification of
率，在 500~800 nm 区间，BCNC/PLA-5 的透光率在 cellulose nanowhiskers and their use as nanoreinforcers into polylactide:
A sustainably-integrated approach[J]. Composites Science and
60%以上。结合 BCNC/PLA 复合膜的透明度观察图 Technology, 2012, 72(5): 544-549.
（图 8 插图），添加质量分数 5%的 BCNC 后，复合 [9] Song Z, Xiao H, Zhao Y. Hydrophobic-modified nano-cellulose fiber/
PLA biodegradable composites for lowering water vapor transmission
膜后面的图案仍清晰可见。当光线进入膜的内部后 rate (WVTR) of paper[J]. Carbohydrate Polymers, 2014, 111(13):
会发生吸收、反射、折射和衍射等现象，但由于纳 442-448.
[10] Wei L, Luo S, Mcdonald A G, et al. Preparation and characterization
米纤维素的直径较小，小于可见光的波长，对光的 of the nanocmposites from chemically modified nanocellulose and
吸收和折射作用较弱 [26] ，从 CNC 抽滤膜的透光率 poly(lactic acid)[J]. Journal of Renewable Materials, 2017, 5(5):
410-422.
曲线可知，波长大于 340 nm 后 CNC 膜的透光率高
[11] Soykeabkaew N, Tawichai N, Thanomsilp C, et al. Nanocellulose
于 PLA 膜，所以，纳米纤维素对 PLA 膜透光率的 reinforced “green” composite materials[J]. Walailak Journal of Scence
影响较小。 & Technology, 2017, 14(5): 353-368.
[12] Yu Qiuyan (俞秋燕), Yan Lingzhi (严灵芝), Liu Xiang (刘翔), et al.
Preparation and performance of poly（lactic acid）/modified cellulose
3 结论 nanocrystal composite materials[J]. Packaging Engineering (包装工
程), 2016, 37(7): 28-32.

（1）采用酸水解法制备了纳米纤维素（CNC）， （下转第 79 页）