本文介绍了一项关于透明纤维素薄膜快速制备的研究，该研究由Penghui Zhu、Andrea Vo、Xia Sun、Yifan Zhang、Mohsen Mandegari、Shiva Zargar、Qingshi Tu、Jiaying Zhu、Zhengyang Yu、Hao Sun、Dingyuan Zheng和Feng Jiang等作者共同完成，并于2023年7月发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。该研究旨在解决塑料污染问题，提出了一种基于水诱导纤维去溶胀策略的透明纤维素薄膜快速制备方法，以替代传统的不可降解塑料。

研究背景

塑料污染对生态系统造成了严重的影响，而可生物降解的透明纤维素薄膜被认为是理想的替代品。然而，现有的纤维素薄膜制备方法存在高能耗和低生产效率的问题。纤维素作为一种天然、可再生且可生物降解的材料，具有广泛的应用前景。然而，纤维素薄膜的光学性能、机械强度和水稳定性仍远不及传统塑料，限制了其市场推广。为了克服这些挑战，研究者们提出了通过微纤化纤维素（microfibrillated cellulose）制备透明纤维素薄膜的策略，以减少化学品和能源的消耗。

研究方法

该研究提出了一种水诱导纤维去溶胀策略，通过调控纤维的溶胀和聚集行为，显著提高了纤维素薄膜的制备效率。具体步骤如下：

1. 纤维预处理：首先，使用冷碱处理（cold alkali treatment）和温和的机械混合（mechanical blending）将木材浆料中的纤维素纤维分解为微米级纤维。
2. 水诱导去溶胀：通过控制水的添加量，调控纤维的溶胀和聚集行为，减少纤维的保水能力，从而加速纤维素薄膜的制备。
3. 真空过滤：利用真空过滤技术，在1分钟内制备出纤维素薄膜。
4. 薄膜性能测试：对制备的薄膜进行光学性能、机械强度、湿强度、水蒸气透过率和氧气阻隔性能等多项测试。

研究结果

通过水诱导去溶胀策略，研究者成功制备出具有优异性能的透明纤维素薄膜。主要结果如下：

1. 制备效率：通过调控水的添加量，纤维素薄膜的制备时间从113分钟缩短至不到1分钟。
2. 光学性能：薄膜的透光率在84.7%至88.7%之间，雾度在87.1%至92.2%之间，表现出优异的光学性能。
3. 机械强度：薄膜的机械强度在37.3至61.5 MPa之间，湿强度在26.4至43.6 MPa之间，湿强度保持率高达65.7%，优于大多数先前报道的纤维素薄膜。
4. 应用潜力：该薄膜在包装和水果保鲜方面表现出良好的应用潜力，能够有效替代传统塑料。

研究意义

该研究不仅提供了一种高效的透明纤维素薄膜制备方法，还展示了其在包装和水果保鲜等领域的实际应用潜力。通过水诱导去溶胀策略，研究者成功解决了纤维素薄膜制备过程中的高能耗和低效率问题，为纤维素薄膜的大规模生产提供了新的思路。此外，该薄膜的优异机械性能和光学性能使其成为替代传统塑料的理想选择，具有重要的环保和经济价值。

研究亮点

1. 高效制备：通过水诱导去溶胀策略，显著缩短了纤维素薄膜的制备时间。
2. 优异性能：薄膜具有高透光率、高机械强度和良好的湿强度保持率。
3. 环保应用：薄膜在包装和水果保鲜方面表现出良好的应用潜力，能够有效替代传统塑料。

结论

该研究通过水诱导纤维去溶胀策略，成功实现了透明纤维素薄膜的快速制备，并展示了其在包装和水果保鲜等领域的应用潜力。这一研究为纤维素薄膜的大规模生产提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。