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硬脂酸改性含木質素的纖維素微納米纖絲增強紙基復合材料防水防油性能研究

2025-06-12 00:00:00王婉華古訓洪董昕睿陳家俊余中宇鄭桂斌李擘
中國造紙 2025年4期

作者簡介:,在讀碩士研究生;研究方向:紙基功能性材料。

關鍵詞:含木質素的纖維素微納米纖絲;硬脂酸;阻隔紙;防水防油性能 中圖分類號:TS762.6 文獻標識碼:A DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.008

Study on Enhancing Waterproof and Oil-proof Performance of Paper-based Composites with Stearic Acid-modifiedLignin-containingCelluloseMicro/Nanofibrils

WANG Wanhua GU XunhongDONG Xinrui CHEN JiajunYU Zhongyu ZHENG GuibinLI Bo* (StakeKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChina UniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince,510640) ( -mail:ppboli@scut. edu.cn)

Abstract:Thisstudyutldbachducalypuspuopreparelgontanngcellemanobils(M),ancgaterprofbatiglochaialanssingstaricacideodifedilse tensequentiallyeposidonhfieaperaloidemodifiedLCM,foingthehancingpaperbasedcompositesithatoplayerofLMNFandamidlelaerofmodifedbrilsinabilaer structure.Thougalpresigproess,eflersucurestighloed,proviewateofdo mance of the paper-based composites. The results showed that value and air permeability of the prepared paper-based composites that depositing modified and of unmodified LCMNF were significantly reduced to and ?0 . 0 0 3 μ m/ ( P a? s) ,respectively,which were 16. 2 % and 0 . 0 2 % ofthoseoftheoriginal paper.Meanwhile,the kitvalue increased fromOto12,demonstratingasignificant enhancement in oil-proof performance.

Keywords:lignin-containingcellulose micro/nanofibrils;stearicacid;barierpaper;waterprofandoil-proofperformance

目前,石化聚合物是食品包裝材料的主要來源之一,占比接近 5 0 % ,其中塑料薄膜因其優異的防水性能和機械性能,成為食品包裝材料中的優勢選擇但隨著社會的快速發展,人們逐漸發現廢棄塑料會對環境造成不可逆的負面影響,不僅會對生態環境造成危害,還會危及人類健康[2-3]。因此,“限塑令”的出臺為造紙行業提供了新的發展機遇,“以紙代塑”成為減少塑料污染的有效途徑之一[45]。含氟化合物具有低表面能和弱極性,難以與水或油脂結合,因此被廣泛應用于防水防油領域。目前,市場上的紙基包裝材料常用含氟化合物來實現防水防油功能。然而,含氟化合物具有毒性和高污染性,用于食品包裝材料時可能被人體吸收,進而對健康造成傷害。有機硅烷也是制備防水防油食品包裝紙中常用的材料之一,具有優異的耐熱性和低表面能,但在制備過程中需要使用大量有毒化學溶劑進行改性,并且在自然界中降解困難[89]。因此,選擇綠色安全的生物質基材料用于制備紙基包裝材料,具有廣闊的應用前景[0]

生物質基材料具有可降解性、良好的生物相容性和可再生性,對推動包裝行業可持續發展具有重要作用。在制備防水防油紙基阻隔材料時,為了保證生物安全性,應盡量選擇天然的生物質組分進行復合-3]木質纖維素(LC)作為一種天然的生物質資源,具有取代石油基材料的潛力;纖維素微納米纖絲(CMNF)是一種直徑在幾微米至幾十微米間、具有較高長徑比的纖維,結合二者特性的含木質素的纖維素微納米纖絲(LCMNF)在用于制備包裝材料時兼具優勢[14i5]。硬脂酸(STA)是一種從動植物體中提取或合成的飽和脂肪酸,其化學結構一端是疏水的長鏈烷烴,另一端是親水的羧基,具有兩親性,常用于食品、化妝品和藥品等領域。由于LCMNF和STA均為安全環保的生物質材料,因此將其復合用于制備防水防油紙基阻隔材料是一個理想的選擇。已有大量文獻報道了利用木質纖維制備阻隔材料。古訓洪等將TEMPO氧化后的含木質素的纖維素納米纖絲(LCNF)涂布到原紙上,成功制備了具有優異防水防油阻隔性能的紙基復合材料。Yi等通過在原紙上逐層涂布殼聚糖、玉米醇溶蛋白和LCNF,制備出具有優異防水、防油、防乙醇性能的食品級空氣炸鍋專用紙,測試結果顯示,其阻隔性能優于商業硅油紙。Hossain等2通過木粉混合LCNF,結合真空過濾工藝,制備具有優異防油穩定性的阻隔紙。

本研究主要將STA引入到LCMNF中,提升LC-MNF的疏水性。在紙基上構筑雙層纖維結構,得到頂層是LCMNF膜構成的防水防油層、中間層是STA疏水改性的LCMNF-STA膜構成的增強防水層的紙基復合材料。該制備過程不使用污染性化學試劑,具有安全環保的特點,為綠色阻隔紙的制備提供了新的參考。

1實驗

1. 1 實驗原料與試劑

未漂桉木漿(硫酸鹽法);中速定性濾紙,定量 ,孔徑約 1 1 μ m ;甲苯、正庚烷,均為化學純,廣州試劑廠;蓖麻油,化學純,大茂化學試劑廠;硬脂酸、無水乙醇,均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司;食用油( 10 0 % 花生油),購自當地超市。

1.2 實驗儀器

低溫超高壓納米材料制備分散機(JN-100FS,廣州聚能納米生物科技股份有限公司);表面張力儀(DCAT21,德國Datapyhsics公司);透氣度測試儀(166,瑞典Lamp;W公司);循環水式真空泵(SHZ-D(II),鞏義市予華儀器有限責任公司);立式磨漿機(FiberPFIMill02,東莞市英特耐森精密儀器有限公司);智能控力雙層平板熱壓機(CREE-6014BD,東莞市科銳儀器科技有限公司);傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR,Tensor27,德國Bruker公司);原子力顯微鏡(AFM,Multimode8,美國Bruker公司);纖維分析儀(MorfiCompact,法國Techpap公司);掃描電子顯微鏡(SEM,SU5000,日本Hitachi公司);可勃吸水性測定儀(ZB-Cobb125,杭州紙邦自動化技術有限公司);水蒸氣透過率測定儀(W413,廣州標際包裝設備有限公司);粗糙度測定儀(CE165,瑞典Lamp;W公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 LCMNF的制備

稱取絕干質量為 的未漂桉木槳,加入適量去離子水,調節漿濃為 10 % ,放置于立式磨漿機中盤磨 5 0 0 0 0 r ,再用去離子水稀釋后放入高壓均質機中, 1 4 0 M P a 壓力下處理7次,得到漿濃 0 . 7 % 的LC-MNF懸浮液。

1.3.2 LCMNF-STA的制備

稱取 $2 . 0 0 \ { \mathrm { g } } \ { \mathrm { S T A } }$ ,將其加人到 的無水乙醇中, 水浴加熱 1 5 m i n ,得到STA/乙醇溶液。取絕干質量 2 . 5 0 g 的LCMNF懸浮液,將其倒入STA/乙醇溶液中,高速攪拌, 水浴加熱 ,得到質量分數 0 . 7 % 的LCMNF-STA懸浮液。

1.3.3 防水防油阻隔紙的制備

根據濾紙的尺寸和懸浮液的質量分數,稱取一定量LCMNF懸浮液,加入適當去離子水將其稀釋至質量分數 0 . 1 % 。然后通過真空抽濾將懸浮液沉積在濾紙上,沉積量分別為3、6、9、12、 ,將制得的紙基復合材料用不銹鋼板夾住,放置于平板熱壓機中, 條件下熱壓 1 0 m i n ,得到干燥的LM層阻隔紙,分別命名為3LM、6LM、9LM、12LM、15LM。

稱取上述制備的LCMNF-STA懸浮液,通過真空抽濾將其沉積在濾紙上,形成1層濕膜,沉積量分別為2、4、6、 ,自然環境下陰干 3 0 m i n ,再將LCMNF沉積于陰干制得的紙基復合材料上,沉積量 ,以LM層阻隔紙相同的熱壓條件處理,得到LM-LMS層阻隔紙,分別命名為12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS。只沉積1層LC-MNF-STA濕膜熱壓制得的紙基復合材料為LMS層阻隔紙,分別命名為2LMS、4LMS、6LMS、8LMS。

1.4性能測試

1.4.1 SEM表征

將干燥后的阻隔紙切成 的小紙片,再將其橫截面和阻隔層均朝上粘貼在導電膠上。噴金30s后,再進行掃描測試,以觀察阻隔紙的橫截面和表面的形貌結構。

1.4. 2 FT-IR表征

FT-IR測試采用溴化鉀壓片法,將干燥的阻隔層與溴化鉀按質量比 1 : 1 0 0 混合并研磨,使用模具壓制成片;掃描范圍

1.4.3 防油等級測試

根據TAPPIT 5 5 9 c m-1 2 測定紙張的耐脂度,即測試阻隔紙的防油性能。不同配比的測試液具有不同的表面張力,對紙張的滲透能力也各異。kit值越高,代表阻隔紙的防油能力越強。若測試液未滲透紙張,則該紙張達到該防油等級,可以使用更高一級的測試液繼續測試,直到出現滲透現象。

1.4.4 水接觸角

阻隔紙的水性表面潤濕性能根據TAPPIT4 5 8 c m - 0 4 測試,使用表面張力儀測定阻隔紙的水接觸角。將 1 0 μ L 去離子水滴至樣品表面,分別記錄0、300s時的水接觸角數值。

1. 4. 5 油接觸角

阻隔紙的油性表面潤濕性能根據TAPPIT458c m - 0 4 測試,利用表面張力儀測定阻隔紙的油接觸角。將 1 0 μ L 花生油滴至樣品表面,分別記錄0、300s時的油接觸角數值。

1.4. 6 (204號

阻隔紙的表面吸水性根據GB/T1540—2002進行測定。將阻隔紙裁剪成直徑 1 2 5 m m 的圓形紙片,并將其固定在可勃吸水性測定儀中進行測試,內截面測試面積 ,測試時間 值的計算如式(1)所示。

式中, C 為 值, 分別為紙樣吸水前后的質量,g。

1. 4.7 透氣度

根據GB/T458—2008,將阻隔紙放于透氣度測試儀中,以測定其平均空氣透過流量。

1.4.8 液體滲透

將紙張裁剪成長度 9 0 m m× 寬度 5 0 m m 的長方形,在阻隔紙上分別滴加經過甲酚綠染色的水溶液和甲基紅染色的食用油,在不同時間段觀察液滴在紙張上的滲透情況,以評估紙的阻隔性能。

1. 4.9 水蒸氣透過率

阻隔紙的水蒸氣透過量根據ASTME96-16,利用水蒸氣透過率測試儀進行測試。測試條件為溫度 、相對濕度 5 0 % 。

1. 4.10 纖維保水值

保水值根據GB/T29286—2012進行測試。稱取絕干質量 的漿料分別放進帶有約 4 8 μ m 孔徑的離心管中,隨后進行離心,在溫度 , 3 0 0 0 ± 50)g離心力的作用下離心 3 0 m i n 。離心完成后,快速取出樣品稱量,再將其置于 的烘箱中干燥6h后再次稱量。纖維保水值(WRV, % )的計算見式(2)。保水值結果取3份平行樣的平均值。

式中, 為離心后濕漿的質量,g; 為烘箱干燥后纖維的絕干質量,g。

1. 4.11 粗糙度

紙張的粗糙度按照GB/T22881—2008測定,采用粗糙度測定儀進行測定。

1. 4.12 纖維形態

纖維形態使用纖維分析儀和AFM進行測試。分別稱取絕干質量為 3 0 m g 磨漿前后的未漂桉木漿,放于纖維分析儀中進行測試;將稀釋至質量分數0 . 0 0 1 % 的LCMNF和LCMNF-STA懸浮液分別滴在云母片上進行AFM測試。

2 結果與討論

2.1 阻隔紙的微觀形貌分析

圖1為阻隔紙橫截面和表面的SEM圖。由圖1可知,濾紙由細長的纖維交織而成,具有三維孔隙結構,表面沒有任何的阻隔,導致水和油容易通過孔隙滲透,阻隔能力較差2。熱壓過程中,纖維被壓扁,增加了纖維間的接觸面積,有助于形成更多的氫鍵,使阻隔膜更加致密。與濾紙相比,沉積了LCMNF的阻隔紙(如3LM\~15LM)在濾紙表面形成了1層LC-MNF阻隔膜,有效防止濾紙的表面孔隙暴露在空氣中,阻擋水和油等物質直接接觸濾紙。并且,由圖1還可知,濾紙上的LCMNF沉積量越大,表面形成的阻隔膜越致密光滑。在3LM、6LM阻隔紙表面仍可見到少量濾紙原有的孔隙,而在12LM、15LM阻隔紙表面幾乎看不到孔隙結構。這表明沉積較多的LCMNF有助于在濾紙表面形成完整的LCMNF阻隔膜。12LM阻隔紙的LCMNF沉積量足以在濾紙表面構成完整的阻隔膜,表明 是比較合適的LCMNF沉積量。此外,增加LMS層后,LM-LMS層阻隔紙表面仍然能保持阻隔層致密光滑的特性。

圖1阻隔紙橫截面和表面的SEM圖Fig.1SEM images of the cross section and surface barrier papers

表1為不同阻隔紙的粗糙度。由表1可知,濾紙表面粗糙度較大,為 )) μ m 。所以在使用LC-MNF覆蓋濾紙表面時,所需填充的LCMNF沉積量相對較多。沉積 LCMNF后,阻隔紙12LM的粗糙度為 ( 2 . 1 6±0 . 0 4 ) μ m ,阻隔紙表面暴露的孔隙減少,粗糙度顯著降低。這與SEM觀察紙張的微觀結構結果一致。

表1不同阻隔紙的粗糙度Table1 Roughnessof different barrierpapers

2.2 阻隔紙的結構分析

圖2是阻隔層的FT-IR譜圖。由圖2(a)可知,未經過熱壓的LCMNF和LCMNF-STA在波數3421、2916、1638、 處均有明顯吸收峰,表明其具有纖維素的基本化學結構。其中, 處的強峰帶代表了纖維素分子間氫鍵的吸收峰, 處的強峰為亞甲基中C一H對稱伸縮振動的吸收峰。 處的吸收峰是纖維素中水分子的O一H的彎曲振動特征峰,表明纖維素中的羥基吸附了空氣中的水分。在 處的吸收峰對應于纖維素骨架中的 β -糖苷鍵。在 處出現了由酯化反應產生的 c=0 伸縮振動峰[22-3。由圖2(b)可知,阻隔紙經過熱壓后,取沉積的阻隔層進行測試,酯鍵的伸縮振動峰仍然存在。

表2為不同處理后的纖維保水值和形態變化。纖維的保水值越高,纖維表面暴露的與水結合的羥基越多,酯化反應的結合位點越多。由表2可知,經過磨槳后的桉木漿,增強了纖維分絲帚化程度,比表面積增大,纖維暴露的羥基數量增加,保水值增大,從未漂桉木漿的 1 8 2 . 1 % 提升至 2 2 5 . 4 % 。并且經過高壓均質形成的LCMNF,因經受更多的機械作用,比表面積進一步增大,纖維羥基暴露的數量更多,保水值增大。而經過酯化反應形成的LCMNF-STA,因為硬脂酸占據了LCMNF上的羥基位點,其保水值為 4 0 0 . 3 % ,但仍然比磨漿后的桉木漿保水值高。此外,經過AFM和纖維分析儀分別測試可知,由機械法制備的LC-MNF,其直徑和長度跨度大,分別為 0 . 1 0 0~1 6 . 0 0 μ m 和 0 . 0 0 2~0 . 0 0 5 m m ,粗細和長短各不相同。細小的LCMNF可以達到納米級別,粗長LCMNF可達微米級別,這種長短不一的纖絲在沉積成膜過程中,有助于形成致密阻隔層。

表2纖維的保水值和形態 Table2Waterretentionvaluesandmorphologyof fibers

2.3 阻隔紙防油性能分析

通過耐脂度測試評估阻隔紙的防油性能,kit值越高,表示耐脂度越好,說明阻隔紙防油性能越好。當kit值 gt;5 時,即符合餐具包裝防油紙的要求。圖3為阻隔紙的防油性能分析,其中圖3(a)是LM層阻隔紙的kit值。由圖3(a)可知,隨著濾紙表層LCMNF沉積量增加,阻隔紙的kit值逐漸增大。當LCMNF沉積量為 時,kit值穩定在12;再增加LCMNF沉積量,阻隔紙的kit值保持不變。由圖3(b)可知,在沒有防油阻隔層的保護下,濾紙在最低等級的測試液滴加時立即被浸透,留下油斑,防油效果差。3\~9LM阻隔紙對低等級測試油液有較好的阻擋效果,但在高等級測試液滴加時仍會被浸透,表明其防油效果仍不理想。直至LCMNF沉積量達 時,即使阻隔紙經過脫脂棉球擦拭,其表面也未留下油斑,表明其防油性能達到最佳,符合餐具耐脂度標準,與阻隔紙的微觀結構分析結論一致。因此,選擇 作為LM-LMS層阻隔紙的頂層沉積量。圖3(c)為LM-LMS層阻隔紙的kit值。由圖3(c)可知,在沉積 的LCMNF下再疊加不同定量的LCMNF-STA增強防水層并未影響LM層的防油效果,其防油值均維持在最高的12級。圖3(d)為

圖2阻隔層的FT-IR譜圖及結構示意圖Fig.2FT-IR spectra of barrier coating and structural schematic of its structure

LM-LMS層阻隔紙不同時間的油接觸角。由圖3(d)可知,LM-LMS層阻隔紙的油接觸角隨著LCMNF-STA沉積量的增加而增大。常溫狀態下,阻隔紙的初始油接觸角在 ,油接觸角隨著LMS層定量的增加而增大。12LM-8LMS阻隔紙的初始接觸角約 ,300s后所有阻隔紙的油接觸角均有所下降,表明油滴對阻隔紙的潤濕程度增加,但隨著LCMNF-STA沉積量的增加,300s后油接觸角的變化幅度減小。此外,LCMNF-STA也具備一定量的羥基,因此,隨著紙基復合材料上LM-LMS層沉積量增加,阻隔層密度增加,紙基復合材料表面的油接觸角也隨之增大,表明LMS層在提高阻隔紙防油穩定性方面具有一定效果。

濾紙由天然纖維互相交織形成,纖維間形成的孔隙具有毛細管結構。在液體表面潤濕紙張后,液體能通過毛細管作用進入濾紙中,在纖維間擴散(圖3(e))。但當LCMNF在濾紙表面形成完整的LCMNF膜后,測試油液被有效隔絕在濾紙外,難以通過毛細管作用進入其中,從而不能留下滲透油斑。此外,LCMNF表面含有較多的親水性羥基,與大多數油分子結合力較弱,從而實現阻隔紙高效防油效果,

圖3阻隔紙的防油性能Fig.3Oil-proof performance of barrier papers

2.4 阻隔紙的防水性能分析

值測試反映了紙張的表面吸水性能, 值越小,表面吸水性能越弱,防水效果越好。圖4(a)是LM層阻隔紙的 值測試結果。由圖4(a)可知,沒有阻隔層的濾紙,其 值高達 ,表明濾紙對水的吸收性能很強。沉積LM層后的紙張 值逐漸降低,阻隔紙12LM的 值為 ,約為濾紙 值的 1 / 3 。再增加濾紙表面LCMNF的沉積量,其 值逐漸趨于平穩。圖 4 ( b) 是LM-LMS層阻隔紙的 值測試結果,由圖 4 ( b) 可知,加入LMS層后,LM層阻隔紙的 值進一步降低。12LM-8LMS阻隔紙的 值降低到 ,僅為濾紙的1 6 . 2 % ,表明其具有良好的防水效果,阻隔紙的防水性能隨著LCMNF-STA沉積量的增加而增強。

作為阻隔材料重要的表面吸水指標, 值在一定程度上代表了阻隔材料的整體防水能力。大多數生物質阻隔材料由于含有大量親水基團,表現出較強的親水性,容易與水分子結合,導致阻隔層結構和功能的破壞。所以盡管LM層阻隔紙已經在濾紙表面成膜,但是由于纖維膜上羥基數量較多,防水能力有限。在沉積 的LCMNF后,阻隔紙的 值接近極限,無法再有效降低。而通過STA改性LCMNF膜,疏水長鏈減少了水分子與阻隔紙的結合,從而降低了 值,提升了阻隔紙的防水性能。

接觸角常用于表征紙張表面的潤濕性能,接觸角越大,表明阻隔紙的抗液性能越好。圖4(c)是LM-LMS層阻隔紙的水接觸角。由圖4(c)可知,無論是在初始接觸狀態還是300s后,阻隔紙表面水接觸角隨著增強型防水層LCMNF-STA沉積量的增加而增大。沒有沉積LCMNF-STA時,12LM阻隔紙的水接觸角僅為 ;沉積LCMNF-STA后,水接觸角逐漸增大,12LM-8LMS的水接觸角上升至約 ,表明LCMNF-STA沉積顯著提高了阻隔紙的防水性能。300s后,LM-LMS層阻隔紙的水觸角有所下降,但接觸角變化幅度基本在 以內,表明阻隔紙具有較好的防水穩定性。圖4(d)為LM-LMS層阻隔紙防水防油實際效果圖。由圖4(d)可知,初始狀態,水和油滴落在無阻隔層的濾紙時,紙張立即被滲透,濾紙對水和油均無阻隔性。而12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS阻隔紙上,水滴和油滴均保持立挺,無滲透跡象。12LM阻隔紙上的水滴保持立挺,油滴略顯扁平。經過 1 5 h 的滲透測試,12LM阻隔紙上油滴無法滲透紙張,但是其防水效果有限,在其背面可看到綠色水滴的滲透痕跡。而LM-LMS層阻隔紙不僅保留了LCMNF的防油能力,還增強了阻隔紙的防水性能。因此,在 1 5 h 的液體滲透測試后,12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS阻隔紙背后的綠色水痕逐漸變淺。尤其在12LM-8LMS阻隔紙的背面,近乎無法看出液體滲透的痕跡,這表明LM-LMS層進一步增強了濾紙的防水性能。

圖4不同時間阻隔紙的 值和接觸角Fig.4 valuesandcontactangle ofthebarrierpaperatdifferent times

濾紙本身不具備抗液性能,但在濾紙表面沉積LCMNF,通過纖維間氫鍵形成膜結構,再經過高溫熱壓,阻隔紙表面的阻隔膜致密平整,液體毛細管作用減弱,提高了對外部液體滲透的阻隔性能。并且沉積了LCMNF-STA的紙張,增加了疏水長鏈,降低了紙張的表面能,減小了液體在紙張表面的潤濕程度,能進一步增強濾紙的防水性能。

2.5 阻隔紙的阻氣性能分析

表3為不同阻隔紙的透氣度測試結果。由表3可知,無阻隔層的濾紙具有良好的透氣性,其透氣度為 LM層阻隔紙的透氣度從12LM開始穩定地 ?0 . 0 0 3 μ m/ ( P a? s) ;且LM-LMS層阻隔紙透氣度均 但LMS層阻隔紙透氣度數值比LM層阻隔紙大,表明LM-LMS層阻隔紙透氣度能顯著降低,這主要歸因于LM層有效地在濾紙表面形成了完整的保護膜,阻隔了氣體滲透,提高了阻氣性能,這與SEM測試中觀察的結果一致。一方面LCMNF作為微納來填充材料,封堵濾紙孔隙;另一方面LCMNF由于氫鍵作用,彼此間緊密結合,在濾紙上逐漸形成完整的阻隔膜,減少了濾紙孔隙的暴露,降低了濾紙透氣度。

表3不同阻隔紙的透氣度Table3Airpermeability of different barrier papers
注透氣度儀量程為

圖5(a)為LM-LMS層阻隔紙的水蒸氣透過率測試結果。由圖5(a)可知,LM-LMS層增強了濾紙的水蒸氣滲透性能。紙張的水蒸氣透過率的變化趨勢與 值一致。LM-LMS層阻隔紙的水蒸氣透過率最小可降低至 。濾紙的水蒸氣透過率較大,為 ,防水蒸氣滲透性差。但隨著LCMNF-STA沉積量的增加,濾紙表面的阻隔膜更為致密,LC-MNF-STA在濾紙表面分布形成疏水層,減弱對水蒸氣的吸附。氣態水分子比液態水分子對紙基材料的滲透性能更強,更容易與纖維形成氫鍵。經過STA改性的LC-MNF表面游離的羥基減少,氣態水分子不易與纖維結合,從而LM-LMS阻隔層能進一步降低濾紙的水滲透性。

圖5阻隔紙防氣體滲透示意圖Fig.5Diagram of barrier papers anti-gas permeation

3結論

本研究采用含木質素的纖維素微納米纖絲(LC-MNF)接枝硬脂酸(STA)的柔性疏水烷烴側鏈形成內層增強型防水層,結合表層LCMNF形成防水防油層,共同構筑了雙層阻隔結構,為紙基復合材料的防水防油應用提供可靠保障。3.1隨著濾紙上LCMNF沉積量的增加,LM層阻隔紙的防油性能顯著提升。0\~15LM阻隔紙kit值從0提升至12,12LM阻隔紙kit值穩定在12。增加LCMNF沉積量,其防油防水性能趨于平穩。3.2STA改性LCMNF構成的LMS層引人了疏水長鏈,增強了LM層阻隔紙的防水性。12LM-8LMS具有最佳的防水防油性能,其 值達到 ,水接觸角約為 ,kit值為12,并且 1 5 h 內水滴和油滴均未滲透紙張,水蒸氣透過率最小能降低至 有效提升了阻隔紙的防水防油性能。

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