基于深度共晶溶剂的竹原纤维绿色分离及其作为轻质生物基增强材料的潜力

《Nature Communications》：Efficient dissociation of ultra-high-strength bamboo original fibers via deep eutectic solvent pretreatment for sustainable composite reinforcement

　　

摘要

由于许多传统高性能纤维既不可再生也不可生物降解，可持续结构纤维备受青睐。竹原纤维具有天然的中空维管束结构，是一种有前景的生物基增强材料，但很难在不破坏其结构的情况下分离出来。在此，我们开发了一种温和的“自上而下”策略，利用深度共晶溶剂（ChCl/OA-DES）在 110 °C 下处理 1 小时，有效地将完整的竹原纤维（B_pOFs）从预处理过的天然竹子中分离出来。该处理选择性地削弱了薄壁细胞的结合力（弹性模量从 6.24 降至 3.14 GPa），同时保持了纤维细胞的刚度（15.04 至 15.92 GPa），使得随后通过 CH?COOH/H?O? 脱木素和简单的辊压能够迅速分离维管束。干燥过程中受控的氢键重构增强了机械性能，所得纤维的表观抗拉强度为 1947 ± 217 MPa，同时保留了天然的中空结构。对承重细胞壁的分析进一步揭示，其固有细胞壁应力为 2636 ± 197 MPa，表明纤维素骨架内具有高效的应力传递。保留下来的管状结构提供了低密度、柔韧性以及与聚合物基体良好的界面相互作用。当掺入环氧树脂中时，B_pOFs 增强了弯曲强度和抗冲击性，展示了其作为高性能复合材料轻质可再生增强材料的潜力。