南京林业大学潘晖教授课题组提出一种具有高透明度的防紫外柔性纤维素纳米纤维增强复合膜的制备方法
由于臭氧层的破坏，过度的紫外辐射给人类生活及设施带来众多负面影响，发展新材料对紫外防护材料迫在眉睫。通常纸类或锡纸类包装可以提供很好的紫外屏蔽作用，但它们牺牲了商品的美观性。紫外吸收剂添加在高分子材料为制备防紫外材料提供另一种选择。其中，常用的商业紫外吸收剂有很好的紫外吸收性能，但因其分子量较小，容易迁移或者通过包装渗透到商品中，又带来了很大的安全隐患。因此，制备出一种高效稳定的抗紫外材料仍是一亟待解决的难题。
受自然界天然高分子材料的启发，潘晖教授团队采用三种商用紫外吸收剂-苯甲酮及其衍生物，通过室温下进行酯化反应，固定在纳米纤维素上，以合成分子量高，紫外吸收性能好，安全性强的有机紫外吸收剂；同时，制备的纳米纤维素又可作为填充粒子增强基体材料聚乙烯醇的力学强度，进而制备出具有高透明度的抗紫外柔性纤维素纳米纤维增强复合膜。
图1. TEMPO氧化的纤维素表面的羟基和羧基的酯化改性。
在前期改性的基础上，潘晖教授团队的成员将改性纳米纤维素与聚乙烯醇水溶液混合，利用溶液浇铸法得到防紫外纳米纤维素增强复合膜。通过场发射扫描电镜（SEM）不难发现，改性后的纤维素纳米纤维可以均匀分布在PVA基体中，在不高于5%加入量下无团聚现象。同时得到的复合膜力学性能，热稳定性都有所提升。并且可以通过调节改性纳米纤维素的加入量，调节材料的紫外吸收强度。
图2. (a) 5 wt % BE-CNF/PVA复合膜实物照片；复合膜横截面SEM图，(b) 纯PVA， (c) 1 wt% BCNF/PVA，(d) 5 wt% BCNF/PVA，(e) 10 wt% BCNF/PVA，(f) 1 wt% BT-CNF/PVA，(g) 5 wt% BT-CNF/PVA，(h) 10 wt% BT-CNF/PVA，(i) 1 wt% BE-CNF/PVA，(j) 5 wt% BE-CNF/PVA，(k) 10 wt% BE-CNF/PVA。
图3. 复合膜的热力学分析图，(a) B-CNF/PVA，(b) BE-CNF/PVA，(c) BT-CNF/PVA；复合膜的紫外吸收图，(d) B-CNF/PVA，(e) BE-CNF/PVA，(f) BT-CNF/PVA。
图4. 复合膜的力学性能测试图，(a) 拉伸强度与杨氏模量，(b) 断裂伸长率。
该研究以Highly Transparent, Strong, and Flexible Films with Modified Cellulose Nanofiber Bearing UV Shielding Property为题发表在《Biomacromolecules》上。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.8b01252
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