碳链长度对纤维纤维素/脂肪酸复合材料疏水特性的影响机制研究

本综述系统探讨了不同碳链长度脂肪酸（如棕榈酸PA与硬脂酸SA）修饰废弃纤维素纤维的疏水性能差异，通过接触角（CA）、EDX、FTIR及SEM等分析手段，揭示了短链PA在低浓度（0.06 M）下可实现更高疏水性（CA=126.72°）及更低吸湿性，为绿色疏水涂层开发提供了低成本、可持续的策略。

　　

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Materials

废弃纤维素纤维片（原材料，International Fragrance Corporation, Metromilan, Pakistan）。硬脂酸（CH₃(CH₂)₁₆COOH，Sigma-Aldrich，德国）。棕榈酸（CH₃(CH₂)₁₄COOH，Sigma-Aldrich，德国）。乙醇（CH₃CH₂OH，Scharlau，西班牙）。

Substrate

废弃纤维素片被切割成统一尺寸（30 mm × 10 mm），厚度约0.299 mm，作为涂层基底。

Fatty acid solutions

硬脂酸和棕榈酸溶于10 mL无水乙醇，凭借其卓越的溶解能力……

Hydrophobicity mechanism and chemical reaction of cellulose/fatty acid

膜疏水性依赖于通过微观结构设计或化学功能化构建疏水表面。微观结构设计利用共混、沉积/涂层或化学蚀刻等技术改变表面形态，形成可增加液体渗透能垒的间隙，从而实现疏水性。此类设计可原位或后处理实施。Cassie-Wenzel模型解释了其机制：与光滑表面不同……

SEM analysis

扫描电子显微镜（Axia ChemiSEM，Thermo Fisher Scientific，荷兰）是研究比较天然与改性纤维素表面特征、结构及直径的宝贵工具。图4a展示了原始纤维素纤维的典型SEM显微图像，显示出其特有的扁平形态及存在细小颗粒杂质（更多放大细节见补充文件）。分布情况……

Structural analysis

X射线衍射（X Pert Pro(MPD)，PanAlytical，荷兰）技术用于深入研究原始废弃纤维素及不同浓度（0、0.007、0.06和0.14 M）纤维素/脂肪酸复合物的晶体结构并评估其相容性。衍射峰在2θ范围5°至80°内测量，步长0.04°min^?1。图6表明，原始纤维素材料及其复合物表现出特征性……

FTIR analysis

为说明样品中化学键的相互作用，图7(a,b)展示了原材料纤维素、硬脂酸和棕榈酸的FTIR（Alpha II，Bruker，德国）光谱。在3339 cm^?1处出现的强宽峰为-OH伸缩振动峰及氢键的指示峰。特征峰约1594 cm^?1归因于-COOH伸缩振动，而约1431 cm^?1峰则归因于-COOH中-OH的弯曲振动（氢键）……

Effect of carbon chain length on hydrophobicity

本研究应明确每个实验条件的重复次数以确保统计可靠性。通常建议每个条件至少三次重复以考虑变异性。使用不同摩尔质量脂肪酸改性后样品表面润湿性的变化。硬脂酸和棕榈酸与纤维素的摩尔质量比始终保持表面积为30 mm × 10 mm……

Conclusion

科学与工业研究日益聚焦于开发源自可持续纤维素的环保型疏水涂层。废弃纤维素片与脂肪酸通过简单方法复合形成复合材料。采用不同碳链长度的脂肪酸（如棕榈酸和硬脂酸）以增强疏水性稳定性。基于疏水性表征，较短链（棕榈酸）在最低用量下显示出良好结果……