DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109042

对于先进的生物基可降解纺织复合材料而言，同时实现超快的水蒸气传输和蒸发、强大的力学性能、快速散热和优异的抗菌活性仍然是一项巨大的挑战。在此，通过将纤维素粉末转化为无溶剂球形纤维素纳米晶流体（CNCfs），然后通过静电纺丝将其包埋到生物基聚乳酸（PLA）纤维膜中，设计出了多功能可生物降解复合纤维。充分利用CNCfs的低粘度、两亲性和高分散性，制备出表面化学性质可调、力学性能优良（同时增塑和增强）的生物基纤维膜。由于静电纺丝工艺后位于PLA纤维表面的CNCfs具有独特的双层离子结构，纤维膜表现出显著的超亲水性（水接触角为0°），以及提高的吸水容量和水蒸气透过率（WVTR）（3.612kg/m2/h，比纯PLA纤维膜高81倍）。此外，受吸湿性启发的设计还赋予了PLA/CNCfs纤维膜抗静电性能、快速散热（相对于PLA块体降低2℃）、0.27W/mK的高热导率以及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的优异抗菌活性，分别为98.5％和92.7％。总体而言，这种简便有效的策略为制备符合环保医用纺织品、个人防护和人类健康应用的多功能可生物降解纤维膜提供了一条很有前景的途径。

图1.分别通过离子交换和静电纺丝制备CNCfs和PLA/CNCfs纤维膜的示意图。

图2.（a）CNCfs翻转前后的光学图像；（b）CNCfs的储能模量（G'）、损耗模量（G''）和粘度与温度曲线；（c）CNCfs的G'和G''与应变曲线；（d）CNC和（e）CNCfs在不同放大倍数下的TEM图像；（f）CNC以及（g）原始纤维素和CNCfs的尺寸分布。（f）和（g）中的黑色曲线是根据高斯函数绘制的；（h）PLA/CNC溶液和（i）PLA/CNCfs20溶液的分散行为。

图3.CNCfs在（a）静止状态，（b）在弱剪切力下和（c）在手指按压下的POM。

图4.（a,a1）纯PLA,（b,b1）PLA/CNCfs5,（c,c1）PLA/CNCfs10,（d,d1）PLA/CNCfs15和（e,e1）PLA/CNCfs20织物在低和高放大倍率下的SEM图像。图a1中的插图是纯PLA纤维的放大图像。

图5.（a）具有不同CNCfs含量的PLA/CNCfs的应力应变关系；（b）具有不同CNCfs含量的PLA/CNCfs的断裂伸长率，（c）拉伸强度和（d）杨氏模量。

图6.（a）数码照片显示了PLA和PLA/CNCfs5织物随时间增加的润湿行为（红色墨水）；（b）具有不同CNCfs含量的PLA/CNCfs纤维膜的WCA；（c）具有不同CNCfs含量的PLA/CNCfs纤维膜的吸水上升高度与时间的关系；（d）具有不同CNCfs含量的PLA/CNCfs纤维膜的水蒸气透过率（WVTR）；（e）数码照片显示了室温下PLA/CNCfs20纤维膜在人体皮肤表面的快干性能；（f）PLA/CNCfs纤维膜吸收水蒸气的机理图；（g）纯PLA纤维膜的TEM图像，（h）PLA/CNCfs20纤维膜在不同放大倍率下的横截面TEM图像。

图7.（a）在不同时间记录的纯PLA和PLA/CNCfs20织物覆盖的左手红外热图像以及（b）它们在标记位置的相应温度与时间的函数关系，（c）不同含量PLA/CNCfs纤维膜的导热系数；（d）PLA/CNCfs纤维膜在不同CNCfs含量下的电导率；空白（Con）和PLA/CNCfs20纤维膜对（e,f）大肠杆菌和（g,h）金黄色葡萄球菌的抑制率，以及（i）相应的抗菌机制图。