作者簡介：，在讀碩士研究生；研究方向：紙基功能性材料。

關(guān)鍵詞：含木質(zhì)素的纖維素微納米纖絲；硬脂酸；阻隔紙；防水防油性能 中圖分類號：TS762.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.008

Study on Enhancing Waterproof and Oil-proof Performance of Paper-based Composites with Stearic Acid-modifiedLignin-containingCelluloseMicro/Nanofibrils

WANG Wanhua GU XunhongDONG Xinrui CHEN JiajunYU Zhongyu ZHENG GuibinLI Bo* （StakeKeyLabofPulpandPaperEngineering，SouthChina UniversityofTechnology，Guangzhou，GuangdongProvince，510640） （ -mail：ppboli@scut. edu.cn）

Abstract：Thisstudyutldbachducalypuspuopreparelgontanngcellemanobils（M），ancgaterprofbatiglochaialanssingstaricacideodifedilse tensequentiallyeposidonhfieaperaloidemodifiedLCM，foingthehancingpaperbasedcompositesithatoplayerofLMNFandamidlelaerofmodifedbrilsinabilaer structure.Thougalpresigproess，eflersucurestighloed，proviewateofdo mance of the paper-based composites. The results showed that value and air permeability of the prepared paper-based composites that depositing modified and of unmodified LCMNF were significantly reduced to and ?0 . 0 0 3 μ m/ （ P a? s） ，respectively，which were 16. 2 % and 0 . 0 2 % ofthoseoftheoriginal paper.Meanwhile，the kitvalue increased fromOto12，demonstratingasignificant enhancement in oil-proof performance.

Keywords：lignin-containingcellulose micro/nanofibrils；stearicacid;barierpaper;waterprofandoil-proofperformance

目前，石化聚合物是食品包裝材料的主要來源之一，占比接近 5 0 % ，其中塑料薄膜因其優(yōu)異的防水性能和機械性能，成為食品包裝材料中的優(yōu)勢選擇但隨著社會的快速發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)廢棄塑料會對環(huán)境造成不可逆的負(fù)面影響，不僅會對生態(tài)環(huán)境造成危害，還會危及人類健康[2-3]。因此，“限塑令”的出臺為造紙行業(yè)提供了新的發(fā)展機遇，“以紙代塑”成為減少塑料污染的有效途徑之一[45]。含氟化合物具有低表面能和弱極性，難以與水或油脂結(jié)合，因此被廣泛應(yīng)用于防水防油領(lǐng)域。目前，市場上的紙基包裝材料常用含氟化合物來實現(xiàn)防水防油功能。然而，含氟化合物具有毒性和高污染性，用于食品包裝材料時可能被人體吸收，進(jìn)而對健康造成傷害。有機硅烷也是制備防水防油食品包裝紙中常用的材料之一，具有優(yōu)異的耐熱性和低表面能，但在制備過程中需要使用大量有毒化學(xué)溶劑進(jìn)行改性，并且在自然界中降解困難[89]。因此，選擇綠色安全的生物質(zhì)基材料用于制備紙基包裝材料，具有廣闊的應(yīng)用前景[0]

生物質(zhì)基材料具有可降解性、良好的生物相容性和可再生性，對推動包裝行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。在制備防水防油紙基阻隔材料時，為了保證生物安全性，應(yīng)盡量選擇天然的生物質(zhì)組分進(jìn)行復(fù)合-3]木質(zhì)纖維素（LC）作為一種天然的生物質(zhì)資源，具有取代石油基材料的潛力；纖維素微納米纖絲（CMNF）是一種直徑在幾微米至幾十微米間、具有較高長徑比的纖維，結(jié)合二者特性的含木質(zhì)素的纖維素微納米纖絲（LCMNF）在用于制備包裝材料時兼具優(yōu)勢[14i5]。硬脂酸（STA）是一種從動植物體中提取或合成的飽和脂肪酸，其化學(xué)結(jié)構(gòu)一端是疏水的長鏈烷烴，另一端是親水的羧基，具有兩親性，常用于食品、化妝品和藥品等領(lǐng)域。由于LCMNF和STA均為安全環(huán)保的生物質(zhì)材料，因此將其復(fù)合用于制備防水防油紙基阻隔材料是一個理想的選擇。已有大量文獻(xiàn)報道了利用木質(zhì)纖維制備阻隔材料。古訓(xùn)洪等將TEMPO氧化后的含木質(zhì)素的纖維素納米纖絲（LCNF）涂布到原紙上，成功制備了具有優(yōu)異防水防油阻隔性能的紙基復(fù)合材料。Yi等通過在原紙上逐層涂布?xì)ぞ厶恰⒂衩状既艿鞍缀蚅CNF，制備出具有優(yōu)異防水、防油、防乙醇性能的食品級空氣炸鍋專用紙，測試結(jié)果顯示，其阻隔性能優(yōu)于商業(yè)硅油紙。Hossain等2通過木粉混合LCNF，結(jié)合真空過濾工藝，制備具有優(yōu)異防油穩(wěn)定性的阻隔紙。

本研究主要將STA引入到LCMNF中，提升LC-MNF的疏水性。在紙基上構(gòu)筑雙層纖維結(jié)構(gòu)，得到頂層是LCMNF膜構(gòu)成的防水防油層、中間層是STA疏水改性的LCMNF-STA膜構(gòu)成的增強防水層的紙基復(fù)合材料。該制備過程不使用污染性化學(xué)試劑，具有安全環(huán)保的特點，為綠色阻隔紙的制備提供了新的參考。

1實驗

1. 1 實驗原料與試劑

未漂桉木漿（硫酸鹽法）；中速定性濾紙，定量 ，孔徑約 1 1 μ m ；甲苯、正庚烷，均為化學(xué)純，廣州試劑廠；蓖麻油，化學(xué)純，大茂化學(xué)試劑廠；硬脂酸、無水乙醇，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；食用油（ 10 0 % 花生油），購自當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 實驗儀器

低溫超高壓納米材料制備分散機（JN-100FS，廣州聚能納米生物科技股份有限公司）；表面張力儀（DCAT21，德國Datapyhsics公司）；透氣度測試儀（166，瑞典Lamp;W公司）；循環(huán)水式真空泵（SHZ-D（II），鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；立式磨漿機（FiberPFIMill02，東莞市英特耐森精密儀器有限公司）；智能控力雙層平板熱壓機（CREE-6014BD，東莞市科銳儀器科技有限公司）；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，Tensor27，德國Bruker公司）；原子力顯微鏡（AFM，Multimode8，美國Bruker公司）；纖維分析儀（MorfiCompact，法國Techpap公司）；掃描電子顯微鏡（SEM，SU5000，日本Hitachi公司）；可勃吸水性測定儀（ZB-Cobb125，杭州紙邦自動化技術(shù)有限公司）；水蒸氣透過率測定儀（W413，廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司）；粗糙度測定儀（CE165，瑞典Lamp;W公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 LCMNF的制備

稱取絕干質(zhì)量為 的未漂桉木槳，加入適量去離子水，調(diào)節(jié)漿濃為 10 % ，放置于立式磨漿機中盤磨 5 0 0 0 0 r ，再用去離子水稀釋后放入高壓均質(zhì)機中， 1 4 0 M P a 壓力下處理7次，得到漿濃 0 . 7 % 的LC-MNF懸浮液。

1.3.2 LCMNF-STA的制備

稱取 $2 . 0 0 ＼ { ＼mathrm { g } } ＼ { ＼mathrm { S T A } }$ ，將其加人到 的無水乙醇中， 水浴加熱 1 5 m i n ，得到STA/乙醇溶液。取絕干質(zhì)量 2 . 5 0 g 的LCMNF懸浮液，將其倒入STA/乙醇溶液中，高速攪拌， 水浴加熱 ，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 . 7 % 的LCMNF-STA懸浮液。

1.3.3 防水防油阻隔紙的制備

根據(jù)濾紙的尺寸和懸浮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取一定量LCMNF懸浮液，加入適當(dāng)去離子水將其稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 . 1 % 。然后通過真空抽濾將懸浮液沉積在濾紙上，沉積量分別為3、6、9、12、 ，將制得的紙基復(fù)合材料用不銹鋼板夾住，放置于平板熱壓機中， 條件下熱壓 1 0 m i n ，得到干燥的LM層阻隔紙，分別命名為3LM、6LM、9LM、12LM、15LM。

稱取上述制備的LCMNF-STA懸浮液，通過真空抽濾將其沉積在濾紙上，形成1層濕膜，沉積量分別為2、4、6、 ，自然環(huán)境下陰干 3 0 m i n ，再將LCMNF沉積于陰干制得的紙基復(fù)合材料上，沉積量 ，以LM層阻隔紙相同的熱壓條件處理，得到LM-LMS層阻隔紙，分別命名為12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS。只沉積1層LC-MNF-STA濕膜熱壓制得的紙基復(fù)合材料為LMS層阻隔紙，分別命名為2LMS、4LMS、6LMS、8LMS。

1.4性能測試

1.4.1 SEM表征

將干燥后的阻隔紙切成 的小紙片，再將其橫截面和阻隔層均朝上粘貼在導(dǎo)電膠上。噴金30s后，再進(jìn)行掃描測試，以觀察阻隔紙的橫截面和表面的形貌結(jié)構(gòu)。

1.4. 2 FT-IR表征

FT-IR測試采用溴化鉀壓片法，將干燥的阻隔層與溴化鉀按質(zhì)量比 1 ： 1 0 0 混合并研磨，使用模具壓制成片；掃描范圍 。

1.4.3 防油等級測試

根據(jù)TAPPIT 5 5 9 c m-1 2 測定紙張的耐脂度，即測試阻隔紙的防油性能。不同配比的測試液具有不同的表面張力，對紙張的滲透能力也各異。kit值越高，代表阻隔紙的防油能力越強。若測試液未滲透紙張，則該紙張達(dá)到該防油等級，可以使用更高一級的測試液繼續(xù)測試，直到出現(xiàn)滲透現(xiàn)象。

1.4.4 水接觸角

阻隔紙的水性表面潤濕性能根據(jù)TAPPIT4 5 8 c m - 0 4 測試，使用表面張力儀測定阻隔紙的水接觸角。將 1 0 μ L 去離子水滴至樣品表面，分別記錄0、300s時的水接觸角數(shù)值。

1. 4. 5 油接觸角

阻隔紙的油性表面潤濕性能根據(jù)TAPPIT458c m - 0 4 測試，利用表面張力儀測定阻隔紙的油接觸角。將 1 0 μ L 花生油滴至樣品表面，分別記錄0、300s時的油接觸角數(shù)值。

1.4. 6 （204號 值

阻隔紙的表面吸水性根據(jù)GB/T1540—2002進(jìn)行測定。將阻隔紙裁剪成直徑 1 2 5 m m 的圓形紙片，并將其固定在可勃吸水性測定儀中進(jìn)行測試，內(nèi)截面測試面積 ，測試時間 值的計算如式（1）所示。

式中， C 為 值， ； 、 分別為紙樣吸水前后的質(zhì)量，g。

1. 4.7 透氣度

根據(jù)GB/T458—2008，將阻隔紙放于透氣度測試儀中，以測定其平均空氣透過流量。

1.4.8 液體滲透

將紙張裁剪成長度 9 0 m m× 寬度 5 0 m m 的長方形，在阻隔紙上分別滴加經(jīng)過甲酚綠染色的水溶液和甲基紅染色的食用油，在不同時間段觀察液滴在紙張上的滲透情況，以評估紙的阻隔性能。

1. 4.9 水蒸氣透過率

阻隔紙的水蒸氣透過量根據(jù)ASTME96-16，利用水蒸氣透過率測試儀進(jìn)行測試。測試條件為溫度 、相對濕度 5 0 % 。

1. 4.10 纖維保水值

保水值根據(jù)GB/T29286—2012進(jìn)行測試。稱取絕干質(zhì)量 的漿料分別放進(jìn)帶有約 4 8 μ m 孔徑的離心管中，隨后進(jìn)行離心，在溫度 ， 3 0 0 0 ± 50）g離心力的作用下離心 3 0 m i n 。離心完成后，快速取出樣品稱量，再將其置于 的烘箱中干燥6h后再次稱量。纖維保水值（WRV， % ）的計算見式（2）。保水值結(jié)果取3份平行樣的平均值。

式中， 為離心后濕漿的質(zhì)量，g； 為烘箱干燥后纖維的絕干質(zhì)量，g。

1. 4.11 粗糙度

紙張的粗糙度按照GB/T22881—2008測定，采用粗糙度測定儀進(jìn)行測定。

1. 4.12 纖維形態(tài)

纖維形態(tài)使用纖維分析儀和AFM進(jìn)行測試。分別稱取絕干質(zhì)量為 3 0 m g 磨漿前后的未漂桉木漿，放于纖維分析儀中進(jìn)行測試；將稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)0 . 0 0 1 % 的LCMNF和LCMNF-STA懸浮液分別滴在云母片上進(jìn)行AFM測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻隔紙的微觀形貌分析

圖1為阻隔紙橫截面和表面的SEM圖。由圖1可知，濾紙由細(xì)長的纖維交織而成，具有三維孔隙結(jié)構(gòu)，表面沒有任何的阻隔，導(dǎo)致水和油容易通過孔隙滲透，阻隔能力較差2。熱壓過程中，纖維被壓扁，增加了纖維間的接觸面積，有助于形成更多的氫鍵，使阻隔膜更加致密。與濾紙相比，沉積了LCMNF的阻隔紙（如3LM＼～15LM）在濾紙表面形成了1層LC-MNF阻隔膜，有效防止濾紙的表面孔隙暴露在空氣中，阻擋水和油等物質(zhì)直接接觸濾紙。并且，由圖1還可知，濾紙上的LCMNF沉積量越大，表面形成的阻隔膜越致密光滑。在3LM、6LM阻隔紙表面仍可見到少量濾紙原有的孔隙，而在12LM、15LM阻隔紙表面幾乎看不到孔隙結(jié)構(gòu)。這表明沉積較多的LCMNF有助于在濾紙表面形成完整的LCMNF阻隔膜。12LM阻隔紙的LCMNF沉積量足以在濾紙表面構(gòu)成完整的阻隔膜，表明 是比較合適的LCMNF沉積量。此外，增加LMS層后，LM-LMS層阻隔紙表面仍然能保持阻隔層致密光滑的特性。

表1為不同阻隔紙的粗糙度。由表1可知，濾紙表面粗糙度較大，為 ）） μ m 。所以在使用LC-MNF覆蓋濾紙表面時，所需填充的LCMNF沉積量相對較多。沉積 LCMNF后，阻隔紙12LM的粗糙度為 （ 2 . 1 6±0 . 0 4 ） μ m ，阻隔紙表面暴露的孔隙減少，粗糙度顯著降低。這與SEM觀察紙張的微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果一致。

2.2 阻隔紙的結(jié)構(gòu)分析

圖2是阻隔層的FT-IR譜圖。由圖2（a）可知，未經(jīng)過熱壓的LCMNF和LCMNF-STA在波數(shù)3421、2916、1638、 處均有明顯吸收峰，表明其具有纖維素的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)。其中， 處的強峰帶代表了纖維素分子間氫鍵的吸收峰， 處的強峰為亞甲基中C一H對稱伸縮振動的吸收峰。 處的吸收峰是纖維素中水分子的O一H的彎曲振動特征峰，表明纖維素中的羥基吸附了空氣中的水分。在 處的吸收峰對應(yīng)于纖維素骨架中的 β -糖苷鍵。在 處出現(xiàn)了由酯化反應(yīng)產(chǎn)生的 c=0 伸縮振動峰[22-3。由圖2（b）可知，阻隔紙經(jīng)過熱壓后，取沉積的阻隔層進(jìn)行測試，酯鍵的伸縮振動峰仍然存在。

表2為不同處理后的纖維保水值和形態(tài)變化。纖維的保水值越高，纖維表面暴露的與水結(jié)合的羥基越多，酯化反應(yīng)的結(jié)合位點越多。由表2可知，經(jīng)過磨槳后的桉木漿，增強了纖維分絲帚化程度，比表面積增大，纖維暴露的羥基數(shù)量增加，保水值增大，從未漂桉木漿的 1 8 2 . 1 % 提升至 2 2 5 . 4 % 。并且經(jīng)過高壓均質(zhì)形成的LCMNF，因經(jīng)受更多的機械作用，比表面積進(jìn)一步增大，纖維羥基暴露的數(shù)量更多，保水值增大。而經(jīng)過酯化反應(yīng)形成的LCMNF-STA，因為硬脂酸占據(jù)了LCMNF上的羥基位點，其保水值為 4 0 0 . 3 % ，但仍然比磨漿后的桉木漿保水值高。此外，經(jīng)過AFM和纖維分析儀分別測試可知，由機械法制備的LC-MNF，其直徑和長度跨度大，分別為 0 . 1 0 0～1 6 . 0 0 μ m 和 0 . 0 0 2～0 . 0 0 5 m m ，粗細(xì)和長短各不相同。細(xì)小的LCMNF可以達(dá)到納米級別，粗長LCMNF可達(dá)微米級別，這種長短不一的纖絲在沉積成膜過程中，有助于形成致密阻隔層。

2.3 阻隔紙防油性能分析

通過耐脂度測試評估阻隔紙的防油性能，kit值越高，表示耐脂度越好，說明阻隔紙防油性能越好。當(dāng)kit值 gt;5 時，即符合餐具包裝防油紙的要求。圖3為阻隔紙的防油性能分析，其中圖3（a）是LM層阻隔紙的kit值。由圖3（a）可知，隨著濾紙表層LCMNF沉積量增加，阻隔紙的kit值逐漸增大。當(dāng)LCMNF沉積量為 時，kit值穩(wěn)定在12；再增加LCMNF沉積量，阻隔紙的kit值保持不變。由圖3（b）可知，在沒有防油阻隔層的保護(hù)下，濾紙在最低等級的測試液滴加時立即被浸透，留下油斑，防油效果差。3＼～9LM阻隔紙對低等級測試油液有較好的阻擋效果，但在高等級測試液滴加時仍會被浸透，表明其防油效果仍不理想。直至LCMNF沉積量達(dá) 時，即使阻隔紙經(jīng)過脫脂棉球擦拭，其表面也未留下油斑，表明其防油性能達(dá)到最佳，符合餐具耐脂度標(biāo)準(zhǔn)，與阻隔紙的微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)論一致。因此，選擇 作為LM-LMS層阻隔紙的頂層沉積量。圖3（c）為LM-LMS層阻隔紙的kit值。由圖3（c）可知，在沉積 的LCMNF下再疊加不同定量的LCMNF-STA增強防水層并未影響LM層的防油效果，其防油值均維持在最高的12級。圖3（d）為

LM-LMS層阻隔紙不同時間的油接觸角。由圖3（d）可知，LM-LMS層阻隔紙的油接觸角隨著LCMNF-STA沉積量的增加而增大。常溫狀態(tài)下，阻隔紙的初始油接觸角在 ，油接觸角隨著LMS層定量的增加而增大。12LM-8LMS阻隔紙的初始接觸角約 ，300s后所有阻隔紙的油接觸角均有所下降，表明油滴對阻隔紙的潤濕程度增加，但隨著LCMNF-STA沉積量的增加，300s后油接觸角的變化幅度減小。此外，LCMNF-STA也具備一定量的羥基，因此，隨著紙基復(fù)合材料上LM-LMS層沉積量增加，阻隔層密度增加，紙基復(fù)合材料表面的油接觸角也隨之增大，表明LMS層在提高阻隔紙防油穩(wěn)定性方面具有一定效果。

濾紙由天然纖維互相交織形成，纖維間形成的孔隙具有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。在液體表面潤濕紙張后，液體能通過毛細(xì)管作用進(jìn)入濾紙中，在纖維間擴散（圖3（e））。但當(dāng)LCMNF在濾紙表面形成完整的LCMNF膜后，測試油液被有效隔絕在濾紙外，難以通過毛細(xì)管作用進(jìn)入其中，從而不能留下滲透油斑。此外，LCMNF表面含有較多的親水性羥基，與大多數(shù)油分子結(jié)合力較弱，從而實現(xiàn)阻隔紙高效防油效果，

2.4 阻隔紙的防水性能分析

值測試反映了紙張的表面吸水性能， 值越小，表面吸水性能越弱，防水效果越好。圖4（a）是LM層阻隔紙的 值測試結(jié)果。由圖4（a）可知，沒有阻隔層的濾紙，其 值高達(dá) ，表明濾紙對水的吸收性能很強。沉積LM層后的紙張 值逐漸降低，阻隔紙12LM的 值為 ，約為濾紙 值的 1 / 3 。再增加濾紙表面LCMNF的沉積量，其 值逐漸趨于平穩(wěn)。圖 4 （ b） 是LM-LMS層阻隔紙的 值測試結(jié)果，由圖 4 （ b） 可知，加入LMS層后，LM層阻隔紙的 值進(jìn)一步降低。12LM-8LMS阻隔紙的 值降低到 ，僅為濾紙的1 6 . 2 % ，表明其具有良好的防水效果，阻隔紙的防水性能隨著LCMNF-STA沉積量的增加而增強。

作為阻隔材料重要的表面吸水指標(biāo)， 值在一定程度上代表了阻隔材料的整體防水能力。大多數(shù)生物質(zhì)阻隔材料由于含有大量親水基團(tuán)，表現(xiàn)出較強的親水性，容易與水分子結(jié)合，導(dǎo)致阻隔層結(jié)構(gòu)和功能的破壞。所以盡管LM層阻隔紙已經(jīng)在濾紙表面成膜，但是由于纖維膜上羥基數(shù)量較多，防水能力有限。在沉積 的LCMNF后，阻隔紙的 值接近極限，無法再有效降低。而通過STA改性LCMNF膜，疏水長鏈減少了水分子與阻隔紙的結(jié)合，從而降低了 值，提升了阻隔紙的防水性能。

接觸角常用于表征紙張表面的潤濕性能，接觸角越大，表明阻隔紙的抗液性能越好。圖4（c）是LM-LMS層阻隔紙的水接觸角。由圖4（c）可知，無論是在初始接觸狀態(tài)還是300s后，阻隔紙表面水接觸角隨著增強型防水層LCMNF-STA沉積量的增加而增大。沒有沉積LCMNF-STA時，12LM阻隔紙的水接觸角僅為 ；沉積LCMNF-STA后，水接觸角逐漸增大，12LM-8LMS的水接觸角上升至約 ，表明LCMNF-STA沉積顯著提高了阻隔紙的防水性能。300s后，LM-LMS層阻隔紙的水觸角有所下降，但接觸角變化幅度基本在 以內(nèi)，表明阻隔紙具有較好的防水穩(wěn)定性。圖4（d）為LM-LMS層阻隔紙防水防油實際效果圖。由圖4（d）可知，初始狀態(tài)，水和油滴落在無阻隔層的濾紙時，紙張立即被滲透，濾紙對水和油均無阻隔性。而12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS阻隔紙上，水滴和油滴均保持立挺，無滲透跡象。12LM阻隔紙上的水滴保持立挺，油滴略顯扁平。經(jīng)過 1 5 h 的滲透測試，12LM阻隔紙上油滴無法滲透紙張，但是其防水效果有限，在其背面可看到綠色水滴的滲透痕跡。而LM-LMS層阻隔紙不僅保留了LCMNF的防油能力，還增強了阻隔紙的防水性能。因此，在 1 5 h 的液體滲透測試后，12LM-2LMS、12LM-4LMS、12LM-6LMS、12LM-8LMS阻隔紙背后的綠色水痕逐漸變淺。尤其在12LM-8LMS阻隔紙的背面，近乎無法看出液體滲透的痕跡，這表明LM-LMS層進(jìn)一步增強了濾紙的防水性能。

濾紙本身不具備抗液性能，但在濾紙表面沉積LCMNF，通過纖維間氫鍵形成膜結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過高溫?zé)釅?，阻隔紙表面的阻隔膜致密平整，液體毛細(xì)管作用減弱，提高了對外部液體滲透的阻隔性能。并且沉積了LCMNF-STA的紙張，增加了疏水長鏈，降低了紙張的表面能，減小了液體在紙張表面的潤濕程度，能進(jìn)一步增強濾紙的防水性能。

2.5 阻隔紙的阻氣性能分析

表3為不同阻隔紙的透氣度測試結(jié)果。由表3可知，無阻隔層的濾紙具有良好的透氣性，其透氣度為 LM層阻隔紙的透氣度從12LM開始穩(wěn)定地 ?0 . 0 0 3 μ m/ （ P a? s） ；且LM-LMS層阻隔紙透氣度均 但LMS層阻隔紙透氣度數(shù)值比LM層阻隔紙大，表明LM-LMS層阻隔紙透氣度能顯著降低，這主要歸因于LM層有效地在濾紙表面形成了完整的保護(hù)膜，阻隔了氣體滲透，提高了阻氣性能，這與SEM測試中觀察的結(jié)果一致。一方面LCMNF作為微納來填充材料，封堵濾紙孔隙；另一方面LCMNF由于氫鍵作用，彼此間緊密結(jié)合，在濾紙上逐漸形成完整的阻隔膜，減少了濾紙孔隙的暴露，降低了濾紙透氣度。

圖5（a）為LM-LMS層阻隔紙的水蒸氣透過率測試結(jié)果。由圖5（a）可知，LM-LMS層增強了濾紙的水蒸氣滲透性能。紙張的水蒸氣透過率的變化趨勢與 值一致。LM-LMS層阻隔紙的水蒸氣透過率最小可降低至 。濾紙的水蒸氣透過率較大，為 ，防水蒸氣滲透性差。但隨著LCMNF-STA沉積量的增加，濾紙表面的阻隔膜更為致密，LC-MNF-STA在濾紙表面分布形成疏水層，減弱對水蒸氣的吸附。氣態(tài)水分子比液態(tài)水分子對紙基材料的滲透性能更強，更容易與纖維形成氫鍵。經(jīng)過STA改性的LC-MNF表面游離的羥基減少，氣態(tài)水分子不易與纖維結(jié)合，從而LM-LMS阻隔層能進(jìn)一步降低濾紙的水滲透性。

3結(jié)論

本研究采用含木質(zhì)素的纖維素微納米纖絲（LC-MNF）接枝硬脂酸（STA）的柔性疏水烷烴側(cè)鏈形成內(nèi)層增強型防水層，結(jié)合表層LCMNF形成防水防油層，共同構(gòu)筑了雙層阻隔結(jié)構(gòu)，為紙基復(fù)合材料的防水防油應(yīng)用提供可靠保障。3.1隨著濾紙上LCMNF沉積量的增加，LM層阻隔紙的防油性能顯著提升。0＼～15LM阻隔紙kit值從0提升至12，12LM阻隔紙kit值穩(wěn)定在12。增加LCMNF沉積量，其防油防水性能趨于平穩(wěn)。3.2STA改性LCMNF構(gòu)成的LMS層引人了疏水長鏈，增強了LM層阻隔紙的防水性。12LM-8LMS具有最佳的防水防油性能，其 值達(dá)到 ，水接觸角約為 ，kit值為12，并且 1 5 h 內(nèi)水滴和油滴均未滲透紙張，水蒸氣透過率最小能降低至 有效提升了阻隔紙的防水防油性能。

參考文獻(xiàn)

[1]JUNGH，SHIN G，KWAKH，et al. Review of polymer technologies forimproving the recycling and upcycling efficiency of plastic waste [J].Chemosphere，DOI：10.1016/j.chemosphere.2023.138089.

[2]CHIAWY，TANGDYY，KHOOKS，etal. Nature’s fight against plasticpollution：Algae forplastic biodegradation and bioplastics production[J]. Environmental Science and Ecotechnology，DOI： 10.1016/j.ese.2020.100065.

[3]SU L，XIONG X，ZHANG Y L，et al. Global transportation of plastics and microplastics：A critical review of pathwaysand influences[J]. Science of the Total Environment，DOI：10.1016/j. scitotenv.2022. 154884.

[4]ZHANG Y T，WEN Z G. Mapping the environmental impacts and policy effectiveness of takeaway food industry in China[J].Science of the Total Environment，DOI：10.1016/j.scitotenv.2021.152023.

[5]張美云，聶景怡，劉馨茗，等．高分子科學(xué)視角下\"以紙代塑\"面 臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略[J].中國造紙，2023，42（7）：102-117. ZHANGMY，NIEJY，LIUXM，etal.Challenges and Countermeasures ofReplacingPlastic with Paper：From the Perspective of Polymer Science[J].ChinaPulpamp;Paper，2023，42（7）：102-117.

[6]GIGAC J，STANKOVSKA M，F(xiàn)ISEROVA M. Improvement of oil and grease resistance of cellulosic materials[J].Wood Research， 2018，63（5）：871-886.

[7]GLENN G，SHOGREN R，JIN X，et al.Per-and polyfluoroalkyl substances and their alternatives in paper food packaging [J]. Comprehensive Reviewsin Food Science and Food Safety，2021，20 （3）：2596-2625.

[8]董凱輝，王習(xí)文．無硅無氟型食品防油紙的制備及其性能研究 [J].中華紙業(yè)，2020，41（2）：30-34. DONGKH，WANG X W.Preparation and properties of silicon-free and fluorine-free food oil-proof paper[J]. China Pulp amp; Paper Industry，2020，41（2）：30-34.

[9]TYAGIP，SALEMKS，HUBBEMA，etal.Advancesinbarrier coatingsand film technologies for achieving sustainable packaging of food produets—Areview[J]. Trends in Food Science amp; Technology， 2021，115：461-485.

[10］張雪，張紅杰，程蕓，等．紙基包裝材料的研究進(jìn)展、應(yīng)用 現(xiàn)狀及展望[J].中國造紙，2020，39（11）：53-69. ZHANG X， ZHANG H J， CHENG Y，et al. Research Progress， Application Status and Prospects of Paper-based Packaging Materials[J].ChinaPulpamp;Paper，2020，39（11）：53-69.

[11]KUNAM P K，RAMAKANTHD，AKHILA K，et al.Bio-based materials for barrier coatings on paper packaging[J]. Biomass Convers Biorefin，2022，14（12）：637-652.

[12］孫樂樂，楊進(jìn)．生物基活性包裝材料的研究進(jìn)展[J].中國造 紙，2022，41（1）：99-105. SUN LL， YANG J.Progress in Researchon BiologicallyActiePackaging Materials[J]. China Pulpamp; Paper，2022，41（1）： 99-105.

[13]YOUSSEF A M， EI-SAYED S M. Bionanocomposites materials for food packaging applications：Concepts and future outlook [J]. Carbohydrate Polymers，2018，193：19-27.

[14]BRODIN M，VALLEJOS M，OPEDAL M T，et al.Lignocellulosics assustainable resources for production of bioplastics review [J].Journalof Cleaner Production，2017，162：646-664.

[15]NECHYPORCHUK O，BELGACEM M N，BRAS J. Production of cellulose nanofibrils：A review ofrecent advances[J].Industrial Crops and Products，2016，93：2-25.

[16]FERRER A，PAL L，HUBBE M. Nanocelulose in packaging： Advances in barrier layer technologies[J]. Industrial Crops and Products，2017，95：574-582.

[17]MISSOUM K，BELGACEM M N，BRAS J. Nanofibrillated Cellulose Surface Modification：A Review[J]. Materials，2013，6 （5）： 1745-1766.

[18］古訓(xùn)洪，張?zhí)煲恚瑮铊?，等．竹纖維全組分阻隔紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計 及防水防油性能研究[J]．中國造紙，2023，42（8）：99-108. GU X H， ZHANG TY，YANG X，et al. Structural Design and Waterproof and Oil-proof Properties of Bamboo Fiber-based Barrier Paper[J].China Pulpamp; Paper，2023，42（8）： 99-108.

[19]YI C F，YUAN T Z，REN H，etal.Fabrication of food-safe， degradable and high-barrier air frying paper by chitosan， zein and LCNF coatings[J]. Cellulose，2023，30： 2441-2452.

[20]HOSSAIN R，TAJVIDI M，BOUSFIELD D，et al.Multi-layer oilresistant food serving containers made using cellulose nanofiber coated wood flour composites [J].Carbohydrate Polymers，DOI： 10.1016/j.carbpol. 2021. 118221.

[21]WANG J W， GARDNER D J， STARK N M， et al. Moisture and Oxygen Barrier Properties of Cellulose Nanomaterial-based Films[J]. ACSSustainableChemistryamp;Engineering，2018，6（1）：49-70.

[22]CHANDRA JC S，GEORGE N，NARAYANANKUTTY SK. Isolation and characterizationofcellulose nanofibrils from arecanut husk fibre[J]. Carbohydrate Polymers，2016，142：158-166.

[23］邵英杰，陳陽帆，梅逸興，等．有機酸改性聚乙烯醇涂布對紙張 阻隔性能影響[J].中國造紙，2024，43（8）：57-63. SHAO Y J，CHEN Y F，MEI Y X，et al. Effect of Organic Acid Modified PolyvinylAlcohol Coating on the Barrier Properties of Paper[J].China Pulpamp; Paper，2024，43（8）： 57-63.

[24］張雪，胡小莉，張紅杰，等．紙基材料水蒸氣阻隔性能的研究 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國造紙，2022，41（11）：87-101. ZHANG X，HU X L， ZHANG HJ，et al. Research Progress and Development TrendofWaterVaporBarrierPropertyofPaper-based Materials[J]. China Pulp amp;Paper，2022，41（11）：87-101.CPP （責(zé)仟編輯·宋佳翼）