纤维素纳米纸的疏水改性及应用研究

位 浩，刘 飞，王锦文，周天乐

(南京理工大学材料科学与工程学院，南京210094)

纤维素是一种极具吸引力的绿色、可持续生物质材料，是最重要的天然高分子之一，也是工业规模可再生材料的关键来源［1］.1纤维素由β－(1→4)糖苷键连接的两个D－吡喃型葡萄糖单元组成［2］，每个葡萄糖单元中含有3个活性羟基(－OH)，且羟基之间可形成分子间和分子内氢键(图1).纳米纤维素(NC)作为一种特殊的纤维素材料，不仅具有纤维素的基本性质(如亲水性、高比强度、生物可降解、广泛的化学修饰能力等)，同时还具有因纳米尺寸效应产生的特殊性能(如大的比表面积和高的表面能)［3］.目前，以NC为基本单元成功制备了多种性能优异的结构材料和功能复合材料［4］，大大提高了纤维素的附加值和利用率，其中纤维素纳米纸(cellulose nanopaper，CNP)是 NC 应用的重要形式之一［5］.在“绿色可持续”背景下，CNP作为一种性能优异的可再生薄膜材料引起人们的广泛关注，并被用于各种多功能和高端应用上，如太阳能电池、超级电容器、发光二极管、传感器和锂离子电池等［6－9］.

由于表面带有大量的羟基，NC具有天然的亲水性［10］.强烈亲水性极大限制了CNP在潮湿环境中的应用［11－12］.近年来，针对纤维素亲水性的问题，提出了多种改性方法.然而NC化学改性最大的挑战在于，保持纤维素原始形态的完整性，避免任何多态性转化，并保持其固有的晶体结构［13］.研究表明，硅烷、羧酸、酸酐和表面活性剂等不仅可以提高纤维素的表面疏水性，同时可以一……