富含纤维素I和纤维素II的纤维素纳米晶体增强羟丙基甲基纤维素薄膜的结构–性能关系（源自不同农业废弃物）

《ACS Omega》：Structure–Property Relationships of Hydroxypropyl Methylcellulose Films Reinforced with Cellulose Nanocrystals Enriched in Cellulose I and Cellulose II from Different Agricultural Residues

　　

将农业废弃物转化为纤维素纳米晶体（CNC）为生产可生物降解包装材料提供了一条可持续途径。本研究探讨了源自不同农业废弃物的CNC的晶体多晶型如何影响羟丙基甲基纤维素（HPMC）纳米复合膜的结构–性能关系。在相同的HPMC成膜条件和固定的CNC添加量下，直接比较了来自榴莲皮的富含纤维素I的CNC（CNC I）和来自甘蔗渣的富含纤维素II的CNC（CNC II），以阐明其对薄膜结构和性能的影响。CNC I和CNC II的提取率分别为41.8%和32.7%，结晶度指数分别为37.4%和53.1%，长径比分别为18.3和10.5。动态光散射显示，CNC I具有双峰表观流体力学直径（30.8和139.8 nm），而CNC II呈现单一表观直径102.4 nm。这些在晶体结构、形貌、尺寸分布、长径比、结晶度和聚集行为上的差异导致所得HPMC–CNC膜具有不同的机械、阻隔和水稳定性性能。与纯HPMC相比，HPMC–CNC I表现出改善的机械性能，拉伸强度和杨氏模量分别从34.6 MPa增至53.2 MPa，从1097.9 MPa增至3302.5 MPa。相反，HPMC–CNC II在50%和80%相对湿度（RH）下表现出较低的氧气透过率，分别为76.0和142.4 cm³·m^–2·day^–1·bar^–1，同时水溶性降至10.8–30.4%。这些发现表明，可以根据其来源依赖性结构特征战略性选择来自农业废弃物的CNC，以调节可生物降解HPMC膜的机械、阻隔和水稳定性性能，同时支持农业废弃物的增值利用。

石油基塑料包装材料的广泛使用导致白色污染和生态压力，开发可生物降解且性能优良的替代材料成为材料科学的重要课题。羟丙基甲基纤维素（HPMC）作为纤维素醚类衍生物，具有成膜性好、透明、生物相容等特点，但其氧气和水蒸气阻隔性能相对较弱，亲水性限制了其在高湿环境下的应用。将纳米填料引入聚合物基体是常用的增强手段，其中纤维素纳米晶体（CNC）因高刚度、高比表面积和丰富的表面羟基而备受关注。然而，CNC的晶体多晶型（纤维素I和纤维素II）在相同成膜条件下对HPMC膜性能的影响尚未