为了缓解塑料回收的困境，开发在整个材料生命周期中与环境兼容的可持续生物塑料受到了广泛关注。近期，武汉大学常春雨教授团队提出了一种真空辅助过滤方法，用于由疏水性纤维素纳米纤维制备高强度生物塑料薄膜，该纤维是通过天然纤维素与十二烯基琥珀酸酐在可回收的深共晶溶剂（三乙基甲基氯化铵/咪唑）中酯化得到的。在干燥和潮湿条件下，所得疏水膜的拉伸强度分别为150.8MPa和94.8MPa 。重要的是，这些薄膜可以通过湿定形工艺编程为各种形状，如“U”形支架、螺旋和环，纤维素纳米纤维之间的强氢键相互作用有助于形状固定。得益于其水塑性特性，各种形状的生物塑料薄膜可以通过剪纸、折纸和压花进行可逆制备。同时，废膜的处理遵循再循环原则，以重新获得疏水性纤维素纳米纤维。总体而言，这项工作为制备高强度、可回收的水塑性纤维素纳米纤维膜提供了一种简便方法。

图1.疏水性纤维素纳米纤维和水塑性纤维素膜的制备过程示意图。

图2.纤维素与十二烯基琥珀酸酐的酯化反应（a）。原始和改性纤维素的FTIR光谱（b）以及1737cm-1峰与1060cm^-1峰的FTIR峰比（I1737/I1060）（c）。原始纤维素和改性纤维素的XRD图谱（d）。改性纤维素的DS和产率（e）。

图3.HCNF20（a,d,g）、HCNF40（b,e,h）和HCNF60（c,f,i）的TEM图像（a-f）和尺寸分布（g-i）。

图4.HCNF20F（a）、HCNF40F（b）和HCNF60F（c）的表面SEM图像。膜的水接触角和饱和吸水率（d）。薄膜吸水率随时间的变化（e）。干膜和湿膜的拉伸应力-应变曲线（f）。

图5.通过湿定形工艺将HCNF20F编程为不同3D形状的实验演示（a）。空气干燥过程中HCNF20F内部相互作用的示意图（b）。空气干燥过程中HCNF20F的时间依赖性ATR-FTIR光谱（c）和峰比（d）。HCNF20F的拉伸强度和杨氏模量，以及经过5、10、15和20次形状编程后的对应数据（e）。HCNF20F的拉伸强度和杨氏模量与目前广泛使用的塑料和其他水性塑料的对比（f）。

图6.HCNF20F：通过剪纸绘制鱼类和3D复杂形状（a），通过折纸绘制飞机和船只（b），通过压花绘制图案（c）。HCNF20F循环再用的照片（d）。原始和再生HCNF20F的拉伸应力-应变曲线（e）。三乙基甲基氯化铵-咪唑深共晶溶剂和十二烯基琥珀酸酐的回收率（f）。每次溶液循环后改性纤维素的DS和产率（g）。使用再循环溶液生产的膜的水接触角和拉伸强度（h）。

该工作以“High-strength and recyclable hydroplastic films from hydrophobic cellulose nanofibers produced via deep eutectic solvents”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146771）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146771