通过层层自组装技术构建新型木质素@改性纤维素纤维复合滤层及其在个人防护过滤管理中的应用研究

本文创新性地采用层层自组装技术，以纤维素纤维（CFs）为基底，通过酯化修饰和曼尼希反应接枝木质素，成功开发出兼具高效过滤（PM2.5拦截率＞99%）、抗菌（对E.coli和S.aureus抑菌圈达0.60/3.00 mm）和全降解（120天完全降解）特性的复合滤层（lignin@GCFs-2），其透气性（72.28 μm/(Pa·s)）与力学性能（拉伸指数19.22 N·m·g?1）均符合医用防护滤材标准，为替代传统熔喷非织造材料提供了绿色解决方案。

　　

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Materials

所有化学品均为分析纯（AR）级别，无需进一步纯化即可直接使用。漂白软木浆纤维素纤维（CFs）由宜宾纸业有限公司（四川省）提供。木质素购自陕西山河生物科技有限公司（陕西省）。L-谷氨酸盐酸盐（[Glu]Cl, C₅H₉NO₄?HCl, AR, 98%）和甲醛（CH₂O, ACS试剂, 37 wt%）采购自阿拉丁生化科技有限公司。

Impacts of esterification modification on the structure and properties of CFs

图2a展示了不同酯化反应时间下CFs和GCFs的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。所有样品均在3200–3500 cm^?1（羟基伸缩振动）、2901 cm^?1（碳氢单键伸缩振动）和1678 cm^?1（氧氢单键弯曲振动）处显示特征峰。此外，样品在1433 cm^?1（CH₂伸缩振动）、1370 cm^?1（C-O-H伸缩振动）以及1164 cm^?1、1113 cm^?1、1062 cm^?1和894 cm^?1处的特征峰归因于纤维素I_β晶型结构，表明酯化修饰未破坏纤维素固有骨架。

Conclusions

本研究通过简易的层层自组装策略，成功开发出一种可替代传统医用防护滤材中间熔喷层的高效可降解纤维素基复合滤层。通过酯化与曼尼希反应对CFs进行功能化修饰，FT-IR、UV–vis、¹³C NMR和XRD表征证实修饰过程中纤维素I_β结构未被破坏。优化后的酯化反应条件使复合滤层展现出卓越的透气性（72.28 μm/(Pa·s)）、机械强度（拉伸指数19.22 N·m·g^?1）和抗菌性能（对E.coli和S.aureus抑菌圈分别为0.60 mm和3.00 mm），PM_2.5过滤效率持续高于99%，且120天内完全降解，为绿色防护材料设计提供了创新路径。