明膠作為一種生物質(zhì)材料，具有良好的成膜性能、阻氧性能。然而，明膠韌性差，遇水易溶脹等缺點在很大程度上限制其應(yīng)用。以明膠為基體，纖維素晶須（ＣＷ）作為分散相，制備納米纖維素／明膠生物基復(fù)合膜。結(jié)果表明，當(dāng)晶須加入量為１５％時，復(fù)合膜的溶脹度降低為純明膠膜的１／４，表明纖維素晶須可改善明膠膜在水中的穩(wěn)定性；當(dāng)纖維素晶須含量為９％左右，不僅能改善明膠基體韌性，還提高了明膠基體的強度。
明 膠（Ｇｅｌａｔｉｎ）是由動物皮膚、骨肌膜等結(jié)締組織中的膠原降解而來的產(chǎn)物，是一種非常重要的生物質(zhì)材料。由于其具有良好的成膜性、乳化性、凝膠性，
被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化工領(lǐng)域。然而明膠易脆且韌性較差，不能單獨作為一種結(jié)構(gòu)材料使用，常常需要加入甘油、多元醇等增塑劑改善其性能。此外，作為一種蛋白質(zhì)材料，明膠分子鏈上豐富的羥基、羧基、氨基等親水性基團使其具有很強的親水性。因此，明膠單獨作為材料應(yīng)用于水中或濕度相對較大的環(huán)境中時，易發(fā)生強烈的溶脹甚至溶解。以上缺點在一定程度上限制了明膠在包裝、組織工程等領(lǐng)域中的應(yīng)用。化學(xué)交聯(lián)方法常被應(yīng)用于明膠力學(xué)性能的改善。然而，化學(xué)反應(yīng)中戊二醛、甲醛等交聯(lián)劑的使用會對明膠材料的**性產(chǎn)生一定影響。此外，加入醇類增塑劑的方法也被用來對明膠進(jìn)行物理改性，然而醇類增塑劑在濕度大的環(huán)境中極易從明膠體系中遷移，從而影響改性效果。
纖維素晶須（ＣｅｌｌｕｌｏｓｅＷｈｉｓｋｅｒｓ，ＣＷ）是一種納米級的纖維素材料形態(tài)，可由來自棉、麻和木漿等纖維素原料經(jīng)一定程度的酸解、高強度超聲波破碎儀處理而制得。近年來，作為一種來源于生物質(zhì)的納米材料， 纖維素晶須被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料的制備及對材料的力學(xué)、阻隔及耐濕性能的 改善。纖維素具有復(fù)雜的多級結(jié)構(gòu)。不同尺寸纖維素的力學(xué)性能呈現(xiàn)較大差異，從而在某種程度上影響其對基體的改性效果。纖維素用于明膠改性的工作鮮有報道，將直徑為微米級的纖維素與明膠復(fù)合制備膜材料，結(jié)果表明纖維素的加入可提高明膠的韌性和耐濕性能
將具有納米級尺寸結(jié)構(gòu)的纖維素晶須與明膠復(fù)合，制備納米纖維素／明膠復(fù)合膜，探討納米纖維素所構(gòu)成的剛性網(wǎng)絡(luò)對明膠結(jié)構(gòu)及性能的影響，期待為明膠等生物質(zhì)基體的改性提供新方法。
纖維素晶須的制備
將３ｇ棉短絨加入體積分?jǐn)?shù)為３０％的硫酸溶液中，于６０℃水浴中酸解６ｈ。待酸解完成后，將纖維素懸浮液于冰浴中迅速降溫以減緩酸解作用。對懸浮液
采用蒸餾水多次離心水洗并透析，充分洗去酸。將纖維素懸浮液置于超聲破碎儀中處理２０ｍｉｎ，*終得到均勻的纖維素晶須懸浮液。
納米纖維素／明膠復(fù)合膜的制備
將明膠于５０
℃的水中溶解，得到均一的明膠溶液。將上述制備的纖維素晶須懸浮液按照一定比例加入明膠溶液中，于５０℃均勻混合。將混合液倒入自制 模具中，并于２５ ℃鼓風(fēng)烘箱中干燥１２ｈ后得到納米纖維素／明膠復(fù)合膜。復(fù)合膜的厚度為０．３ｍｍ 左右。
結(jié)果與討論
所制備的纖維素晶須為“針狀”，直徑為納米級。經(jīng)過圖像進(jìn)行分析，晶須直徑范圍 在２０～６０ ｎｍ，多數(shù)晶須尺寸集中在５０ｎｍ
左右。說明通過酸水解纖維素的方法成功制備了納米級纖維素。為進(jìn)一步研究纖維素晶須與明膠基體的相互作用，采用掃描電鏡對復(fù)合膜的液氮脆斷面和拉伸斷面進(jìn)行觀察。純明膠膜的斷面相對較為平整均一，納米纖維素的加入使復(fù)合膜斷面呈現(xiàn)較為粗糙和“凸起”的形貌。隨著纖維素含量增加，這種“凸起”結(jié)構(gòu)愈加明顯。這是由于作為分散相的纖維素與明膠基體出現(xiàn)了一定程度的微相分離。相對于明膠膜，復(fù)合膜拉斷面的形貌中出現(xiàn)了許多“顆粒”狀形貌。隨纖維含量增加，這種形貌愈加明顯。這是由于纖維素分散相和明膠基體對外力承受不同，經(jīng)過拉伸取向后，相分離更加明顯。在３００～８００ｎｍ
波長范圍內(nèi)，明膠膜的透光率值始終較高。其中，在８００ｎｍ 波長處，明膠膜的透光率為７７％。納米纖維素的加入使明膠透光率降低，且隨著纖維素晶須含量增加，復(fù)合膜的透光性能逐漸降低。當(dāng)纖維素晶須含量為１５％時，８００ｎｍ
波長處復(fù)合膜的透光率為４３％?？梢?，纖維素的加入使明膠的透光性能降低。這是由于納米纖維素作為分散相加入明膠基體，使復(fù)合膜存在一定量“纖維－空氣” 界面。當(dāng)入射光經(jīng)過復(fù)合膜時，在“纖維－空氣”界面不 僅出現(xiàn)反射和折射，同時還有部分入射光被纖維本身吸收，從而造成了明膠透光性能下降。然而，復(fù)合膜的曲線較為平滑，一定程度上說明作為分散相的納米纖維素在明膠基體中分散較為均勻。有趣的是，雖然纖維素晶須的加入使明膠的透光性能損失，但仍然能保證膜內(nèi)對象顏色和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的良好呈現(xiàn)。因此，復(fù)合膜仍有作為包裝材料應(yīng)用的潛力。
采用全生物質(zhì)材料，成功制備了納米纖維素／明膠復(fù)合膜。酸水解的得到的纖維素晶須直徑在 ２０～６０ｎｍ 之間。纖維素晶須的加入雖使明膠的透光性能降低，但仍然能保證復(fù)合膜內(nèi)部對象顏色和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的良好體現(xiàn)。當(dāng)纖維素晶須質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ９％ 左 右，不僅提高了明膠基體的強度，也有效改善了明膠基體的韌性。纖維素晶須顯著降低了明膠在水中的溶脹性能。因此，納米纖維素可作為一種理想的改性劑，改善明膠力學(xué)性能和耐水性，從而拓展明膠的應(yīng)用。
