自增强纤维素纳米复合材料：以纤维素纳米晶体增强的大麻纤维素基体的加工优化与界面特性研究

《Polymers for Advanced Technologies》：Self-Reinforced Cellulosic Nanocomposites: Processing Optimization and Interface Characterization of Hemp Cellulose Matrix Reinforced With Cellulose Nanocrystals

汉麻纤维素纳米晶体（CNCs）作为自增强纳米复合材料的增强相与基体，通过水基溶解法优化工艺，实现了1-15 wt%的负载。10 wt% CNCs时，拉伸强度提升161%（20.77→54.15 MPa），ATR-FTIR证实界面氢键增强，XRD显示结晶度提升，TGA表明热稳定性改善，偏振分析证实纳米分散。该策略在环保溶剂使用下仍保持高性能，为天然高分子复合材料界面工程提供新思路。

　　

摘要

本研究探讨了利用大麻衍生的纤维素作为基体和增强相来制备自增强纳米复合材料的方法。从大麻纤维中提取出长宽比为约19（长度191.1±52.4纳米，直径10.1±2.1纳米）的纤维素纳米晶体（CNCs），并将其以1–15%的重量百分比作为纳米级增强剂加入到大麻纤维素基体中。通过水基溶解工艺优化了纳米复合材料的制备过程，以消除有毒溶剂的同时保持材料的性能。力学性能测试表明，在10%的CNC添加量下，材料的增强效果最佳，其抗拉强度提高了161%（从20.77 MPa提高到54.15±1.05 MPa）。傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析揭示了CNCs与基体界面处氢键的增强作用。X射线衍射分析证实了纳米复合材料的结晶度提高，热重分析则显示其热稳定性得到改善。偏振分析表明CNCs改变了材料的光学各向异性，表明纳米颗粒分散效果良好。这种优化后的纳米复合材料具有与溶剂处理系统相当的性能，证明了在天然聚合物复合材料中采用相同来源的增强策略的可行性。这种方法为纤维素纳米复合材料体系的界面工程和载荷传递机制提供了新的见解。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。