天然聚合物功能化MXene/ZIF-67纳米复合材料：协同增强体外细胞迁移与抗菌性能的创新平台

为解决传统溶剂加工PLA（聚乳酸）薄膜的环境风险问题，研究人员采用生物基绿色溶剂Cyrene、DMI和GVL开发新型PLA薄膜制备工艺。通过优化E-NIPS（蒸发-非溶剂诱导相分离）技术，成功获得具有优异机械性能（拉伸强度>40 MPa）、低溶剂残留及可控结晶度的薄膜，并验证了纤维素纳米纤维（CNF）和木质素的增强与功能化潜力。该研究为生物可降解包装材料的可持续加工提供了关键技术支撑。

　　

全球每年产生约4亿吨塑料垃圾，仅8%被有效回收，而食品和医药行业78%的包装废弃物源自不可降解的石油基塑料。聚乳酸（PLA）作为最具前景的生物可降解材料，其传统加工需使用致癌性氯仿（TCM）等高风险溶剂，且高温熔融工艺易破坏功能性添加剂。如何通过绿色工艺实现PLA薄膜的高效、安全加工，成为推动可持续包装发展的关键瓶颈。

针对这一挑战，国内某研究机构（根据原文作者署名，具体机构未明确标注）的Wangcheng Liu等人在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，系统评估了三种木质素衍生绿色溶剂——二氢左旋葡烯酮（Cyrene）、二甲基异山梨醇（DMI）和γ-戊内酯（GVL）对PLA的溶解特性及成膜性能。研究人员创新性地结合蒸发与非溶剂诱导相分离（E-NIPS）技术，通过流变学分析、扫描电镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）等手段，解析了溶剂-聚合物相互作用机制，并成功将纤维素纳米纤维（CNF）、木质素等生物填料整合至PLA基质中。

关键技术方法包括：1）采用高温（85°C）溶解PLA并测定溶液粘度；2）优化E-NIPS工艺参数控制薄膜形貌；3）通过TGA和FTIR验证溶剂残留量；4）测试力学性能与屏障功能（OTR/WVTR）；5）UV-Vis光谱评估光学特性。

研究结果揭示：

1. 1.

   绿色溶剂溶解机制

   Cyrene与PLA的Flory-Huggins相互作用参数（χ<0.5）表明最佳相容性，20%PLA溶液粘度达101.69 Pa·s（25°C），且可稳定储存数月。GVL因弱相互作用导致相分离，而DMI性能介于两者之间。

2. 2.

   薄膜形貌调控

   E-NIPS技术克服了纯NIPS的孔隙缺陷，获得厚度15-18 μm的致密薄膜。SEM显示底部表面光滑，顶部因应力松弛形成20-40 μm球晶，而木质素填料（15%负载）引发相分离产生10-50 μm颗粒。

3. 3.

   热力学性能

   所有薄膜5%失重温度>264°C，溶剂残留可忽略。DSC证实2%CNF使结晶度（X_c）提升至34.1%，而木质素因塑化效应使T_g降低至46.2°C。

4. 4.

   功能化表现

   5%木质素磺酸盐（LS）使UV屏蔽率提升60%，可见光透射率保持70%；但填料-基质界面缺陷导致15%LS薄膜水蒸气透过率（WVTR）超出检测限。

该研究证实Cyrene可作为TCM的理想替代溶剂，其高沸点（>200°C）特性利于工业回收。通过界面改性进一步提升CNF/木质素与PLA的相容性，将推动生物基复合材料在食品包装、医用敷料等领域的应用。这项工作为生物塑料的绿色加工提供了兼具环境友好性与工艺可行性的解决方案，对实现循环经济具有重要实践意义。