DOI: 10.3390/polym13132061

在本研究中，首次通过溶剂夹套同轴技术辅助静电纺丝对乙烯含量为44mol％的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH44）进行加工。除此之外，还对含量范围为0.1至1.0wt％的不同纤维素纳米晶（CNCs）悬浮液进行静电纺丝，得到杂化生物/非生物纳米复合材料。随后对纤维垫进行最佳退火，以在145℃（低于EVOH44熔点）下促进纤维间聚结，从而形成连续透明的纤维基薄膜。形态分析表明，CNCs成功分布到EVOH44中，含量高达0.5wt％。将CNCs掺入乙烯-乙烯醇共聚物中导致结晶和熔融温度（TC和Tm）分别降低约12和7℃，结晶度也有所降低。然而，当纳米填料含量为1.0wt％时，CNCs的加入使共聚物基质的热稳定性增强。此外，加入0.1和0.5wt％CNCs使拉伸模量（E）分别提高了约38％和28％，但同时也使断裂伸长率和韧性降低。随着CNCs含量的增加，杂化纳米复合纤维基薄膜的氧阻隔性能降低，但仍保持相对较高的阻隔性能，尤其是在相对湿度（RH）较低的情况下，即在20％RH下，渗透率值低于0.6×10-20 m3·m·m-2·Pa-1·s-1。一般而言，当CNC负载为0.1wt％时，杂化共聚物复合材料的物理性能达到最佳平衡。总体而言，本研究证明了退火电纺纤维基高阻隔性聚合物的潜力，无论是否含有CNCs，可将其用作食品包装成分的新型阻隔夹层。

图1.粉末状纤维素纳米晶体（CNCs）的低（a）和高（b）放大倍率扫描电子显微镜（SEM）图像，比例尺分别为100和10μm。（c）直径直方图。

图2.含44mol％乙烯（EVOH44）、纯（a）以及含纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺垫的扫描电子显微镜（SEM）图像：（b）0.1wt％；（c）0.5wt％；（d）1.0wt％。左图在800×下拍摄，比例尺为50μm，而右图在3000×下拍摄，比例尺为10μm。

图3.含44mol％乙烯（EVOH44）和纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺纤维的透射电子显微镜（TEM）图像：（a）0.1wt％；（b）0.5wt％；（c）1.0wt％。在10000×下拍摄图像，比例尺为400nm。

图4.含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺纤维第一次加热（a）和冷却（b）期间的差示扫描量热（DSC）曲线。

图5.含44mol％乙烯（EVOH44）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺垫在不同温度下退火15s的顶视（a）和横截面（b）扫描电子显微镜（SEM）图像：110、120、130、140、145、150和155℃。在1100×下拍摄图像，比例尺为50μm。

图6.含44mol％乙烯（EVOH44）和不同量纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺垫的顶视（左）和横截面（右）扫描电子显微镜（SEM）图像：（a）0.1wt％；（b）0.5wt％；（c）1.0wt％。电纺垫在145℃下热处理15s。在1100×下拍摄图像，比例尺为50μm。

图7.含44mol％乙烯（EVOH44）和不同量纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物退火电纺薄膜的透射电子显微镜（TEM）图像：（a）0.1wt％；（b）0.5wt％；（c）1.0wt％。在3000×下拍摄图像，比例尺为1μm。

图8.含44mol％乙烯（EVOH44）的乙烯-乙烯醇共聚物电纺纤维在加热过程中的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。

图9.含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物退火电纺薄膜的接触透明度图片。

图10.（a）纤维素纳米晶体（CNCs）和含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无CNCs的退火电纺薄膜的热重（TGA）和（b）一阶导数（DTG）曲线。

图11.纤维素纳米晶体（CNCs）粉末和含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无CNCs的乙烯-乙烯醇共聚物退火电纺薄膜的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。

图12.含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物退火电纺薄膜的拉伸应力-应变曲线。

图13.含44mol％乙烯（EVOH44）以及有无纤维素纳米晶体（CNCs）的乙烯-乙烯醇共聚物退火电纺薄膜的氧渗透率（OP）随相对湿度（％RH）的变化。