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石油基聚合物薄膜因其成本低、质轻、多功能和良好的加工性能等特点,在包装防护领域受到了广泛的关注。然而,这种聚合物材料的过度使用将导致不可再生石油资源的消耗和不可降解废弃物对环境的污染。纤维素是地球上已知的最丰富的天然高分子聚合物,纤维素纳米纤维(CNF)是将天然纤维素化学处理后得到的一种再生纤维素,具有成本低、可再生和可生物降解等优点。然而,CNF较差的气体阻隔性能极大地限制了其在氧气敏感型商品包装中的应用,尤其是在高湿度环境下。因此,开发具有高气体阻隔性能的CNF包装材料是势在必行的。纳米片层填充法已被报道为获得高气体阻隔性复合薄膜的有效方法。氧化石墨烯(GONS)具有高的比表面积和大的纵横比通常与聚合物基体共混制备多功能纳米复合材料。本课题使用逐层涂覆和热压成型法制备了GONS/CNF复合薄膜。但是由于CNF和GONS都含有大量的亲水基团,GONS/CNF复合薄膜表现出亲水性,导致水蒸气阻隔性能不理想。因此,本课题通过溶液浸渍法利用GN-704防水防腐纳米复合陶瓷涂层对纯CNF薄膜和GONS/CNF复合薄膜进行表面疏水改性,得到H-mCNF和H-mGONS/CNF复合薄膜。XRD结果表明,GONS被完全剥离并良好分散在CNF基体中。SEM和GI-WAXS表明GONS在强烈的剪切流场作用下沿薄膜方向高度取向。这种独特的结构使GONS/CNF纳米复合薄膜具有超高的氧气阻隔性能。仅添加3.66vol%的GONS,CNF薄膜的氧气渗透系数从5.5 ×10-13降低至1.4×10-17 cm3 cm.cm-2s-1Pa-1,下降了约4×104倍。同时,CNF薄膜的拉伸强度和杨氏模量分别提高了2倍和57倍。此外,GONS的添加也提高了CNF薄膜的热稳定性。SEM结果显示,通过溶液浸渍法在CNF及其复合薄膜表面形成了一层由圆球状无机氧化物颗粒组成的微米级粗糙结构。这种粗糙结构使CNF及其复合薄膜表面由亲水性转变为疏水性,CNF薄膜的水接触角从0°显著提高到140°以上。疏水改性之后,由于水接触角的增大和可渗透水蒸气分子的减少,CNF及其复合薄膜的水蒸气阻隔性能得到提高,CNF薄膜的水蒸气渗透系数从1.61×10-12降低至1.41×10-12 g·cm·cm-2 s-1 Pa-1。此外,疏水改性之后,H-mCNF薄膜具有良好的防污性和自清洁功能。