通过铝交联改善微纤化纤维素薄膜的水响应驱动性能

《Reactive and Functional Polymers》：Improving water-responsive actuation of microfibrillated cellulose films by aluminum cross-linking

　　

Lina Daniela Ardila-Diaz | Lisa Lopes da Costa | Jean-Eudes Maigret | Denis Lourdin | Karin Schroen | Ana Villares

UR1268 BIA, INRAE, F-44316 Nantes, 法国

摘要

本研究旨在开发和表征单层薄膜，以设计一种基于生物材料的双层结构，该结构结合了微纤化纤维素（MFC）和羧甲基纤维素（CMC）。由于具有较高的长宽比和表面积，MFC能够形成由高度氢键连接的微纤维网络，从而展现出优异的机械性能。为了获得高度敏感于水的材料，将羧基取代度较高的CMC掺入MFC基质中。此外，为了在吸水后保持薄膜的完整性，使用铝离子（Al³⁺）对薄膜进行交联处理，这提高了薄膜的耐水性，同时不影响其吸水能力。通过真空过滤法制备了MFC、MFC/CMC（质量比1:1）以及Al³⁺交联的MFC/CMC薄膜，并通过监测其吸水行为和机械性能变化来研究其对水的响应。通过将胶带与MFC或MFC/CMC层（无论是否经过Al³⁺交联）结合，制备出了具有水响应性的驱动器。在控制相对湿度的条件下培养或浸入水中后，观察到薄膜会发生弯曲现象。Al³⁺交联显著增强了薄膜的机械强度，使得薄膜在吸水时能够稳定地发生弯曲。本研究结果可用于调控基于纤维素的薄膜的驱动行为，并有助于理解影响薄膜弯曲的各个参数。