天然纤维因其具有来源丰富、价格低廉、可回收、可生物降解、环境友好等性能，在复合材料领域受到越来越多的关注。而聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性亲水聚合物，具有优异的成膜性能。聚乙烯醇由于其优异的耐化学性、物理性能和生物降解性，已广泛应用于各种工业领域，包括制药、生物医学和食品包装。
本研究提出了一种从秸秆中提取纤维素微纤维增强PVA薄膜的方法。采用低温相变法制备了微纤维（CMF），利用NaIO4对CMF进行氧化改性，在CMF表面引入醛基，从而制备醛基纤维素（a-CMF）。通过预交联技术结合溶液浇铸法制备了a-CMF增强PVA复合薄膜（图1）。a-CMF和PVA通过反应形成的交联网络显著的改善了a-CMF/PVA复合薄膜的力学性能。其中a-CMF-2/PVA的拉伸强度为37.54±0.77MPa，高于纯PVA的拉伸强度（25.88±2.97MPa）。SEM结果表明，具有交联网络的a-CMF/PVA复合膜的断裂表面是光滑的。此外，还探讨了a-CMF/PVA的UV阻隔性能，秸秆纤维素的引入使得制备的复合膜在可见光范围内具有80%以上的透射率，同时具有优异的UV阻隔性能（图2）。
图1 秸秆微纤维/PVA复合材料的制备
图2 薄膜的UV-vis透光性
其中，秸秆纤维素微纤维的提取采用的是本研究小组先前开发的低温相变法（LTPT）。该方法为从木质纤维素中分离纤维素微纤维提供了一种新的途径。LTPT方法可以将秸秆中纤维素的晶体结构从纤维素I改变为纤维素II。此外，实验结果表明，当NaOH浓度为3wt%时，可以从秸秆中将微纤维分离出来，当NaOH浓度为9wt%时为最佳反应条件，得到的产物中纤维素含量高达85.4±0.2%（图3）。从木质纤维素中高效、快速、温和地分离单个组分是生物质材料高价值利用的先决条件。获得的高长径比的微纤维可以很好地应用于纤维增强复合材料，这有利于绿色复合材料的发展。研究中开发的预处理方法可以大大提高木质纤维素的应用前景。（Zhu et al., Cellulose, 2021, 28, 7021–7031；中国专利，专利号：ZL201910966288.0）
图3 低温相变法提取秸秆纤维素微纤维示意图。
以上研究工作以“Rice straw cellulose microfiber reinforcing PVA composite film of ultraviolet blocking through pre-cross-linking”为题发表在Carbohydrate Polymers, 2022, 296, 119886上，论文第一作者为硕士研究生冯昭雪，通讯作者为邵珠宝教授和朱龙祥副教授，该工作得到国家自然科学基金联合基金项目（重点支持项目）“秸秆纤维素的高效提取及高性能/功能生态材料的构建与性能调控机制”（U21A201266）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119886。
