本研究的主要作者包括Bowen Li、Chaoqun Xu、Liang Liu、Xiaofang Zhang、Juan Yu和Yimin Fan。研究由多个机构合作完成，具体机构未在摘要中明确提及。该研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》期刊，具体发表日期未明确。
本研究的主要科学领域是纳米纤维素材料的开发与应用。随着传统不可降解塑料材料的大量使用，环境污染问题日益严重，开发可持续的生物质来源材料成为迫切需求。纳米纤维素作为一种天然纳米材料，因其环保性、优异的机械性能、光学特性和热稳定性而备受关注。然而，改性纳米纤维素在引入小分子后，其机械性能往往会显著下降，这限制了其在实际应用中的潜力。因此，开发具有优异紫外线（UV）屏蔽、耐水性和机械性能的功能性纳米纤维素材料成为一项重要挑战。
本研究旨在通过绿色、高效的羟基-炔点击反应（hydroxyl-yne click reaction）制备具有光交联和水塑性的纳米纤维素薄膜，并探索其在UV屏蔽、可逆加工性和机械性能方面的应用潜力。
本研究包括以下几个主要步骤：
研究首先通过TEMPO氧化法制备了纳米纤维素（TOCN），并利用羟基-炔点击反应将其改性为苯基丙烯酮醚衍生物（TOCNPPK）。具体步骤如下： 1. TOCN的制备：通过TEMPO/NaBr/NaClO体系氧化硬木漂白硫酸盐浆（HBKP），随后进行机械剥离处理。 2. TOCNPPK的合成：将TOCN与1-苯基-2-丙炔-1-酮（PPK）在室温下通过羟基-炔点击反应进行改性，生成TOCNPPK。
通过溶液浇铸法制备了TOCNPPK薄膜，并将其用于后续的性能测试。
研究对TOCNPPK薄膜的化学结构、晶体结构、纤维形态、水塑性、UV屏蔽性能和机械性能进行了全面分析。具体测试方法包括： - 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：用于分析化学结构的变化。 - X射线衍射（XRD）：用于研究晶体结构。 - 透射电子显微镜（TEM）：用于观察纤维形态。 - UV-Vis光谱：用于评估UV屏蔽性能。 - 机械性能测试：通过拉伸试验评估薄膜的机械性能。
研究的主要结果包括： 1. 化学结构变化：通过FTIR和UV-Vis光谱分析，证实了PPK成功引入到TOCN中，形成了TOCNPPK。 2. 水塑性：TOCNPPK薄膜表现出优异的水塑性，能够通过水塑法（hydrosetting）形成多种3D形状（如螺旋、环状和字母“N, F, U”）。 3. UV屏蔽性能：TOCNPPK薄膜表现出近乎100%的UV屏蔽性能，显著优于未改性的TOCN薄膜。 4. 机械性能：TOCNPPK薄膜在UV照射下表现出光增强的机械性能，其极限应力高达210.0 ± 22.8 MPa，杨氏模量为11.5 ± 0.7 GPa，显著优于未改性的TOCN薄膜。
本研究通过绿色、高效的羟基-炔点击反应成功制备了具有优异UV屏蔽、水塑性和光增强机械性能的纳米纤维素薄膜。该材料不仅具有优异的UV屏蔽性能，还能通过水塑法形成多种3D形状，展示了其在可持续材料领域的巨大应用潜力。此外，TOCNPPK作为纳米填料，能够显著增强亲水性聚乙烯醇（PVA）和疏水性聚己内酯（PCL）复合薄膜的耐水性、UV屏蔽和机械性能。
本研究的亮点包括： 1. 新颖的改性方法：通过羟基-炔点击反应实现了纳米纤维素的高效改性，避免了传统改性方法中高温和副产物的问题。 2. 优异的多功能性能：TOCNPPK薄膜不仅具有优异的UV屏蔽性能，还表现出优异的水塑性和光增强机械性能。 3. 广泛的应用前景：该材料在生物塑料和复合材料领域具有广泛的应用前景，特别是在UV屏蔽和可逆加工性方面。
研究还探讨了TOCNPPK作为纳米填料在亲水性和疏水性聚合物中的应用，展示了其在复合材料中的多功能性。此外，研究还提出了通过UV照射实现材料机械性能增强的机制，为未来开发光响应材料提供了新的思路。
总之，本研究通过绿色、高效的改性方法开发了一种多功能纳米纤维素材料，展示了其在可持续材料领域的巨大潜力。