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【期刊编辑推荐语】为解决传统PVA基电纺膜在潮湿环境下易溶胀、力学稳定性与阻湿性能差的难题，本研究通过将羧甲基纤维素（CMC）与聚乙烯醇（PVA）共混电纺，并结合甲醇后处理，成功制备了一系列多功能纳米纤维膜。结果表明，CMC的引入优化了纤维形貌，提高了热稳定性与紫外屏蔽能力；而甲醇处理则显著增强了膜的网络致密性、机械强度和水分阻隔性能（WVP降低40-90%）。其中PVA/CMC（8:2）膜展现出最优的综合性能。该工作为无需化学交联剂、可规模化制备高性能、可生物降解纤维膜提供了一条新策略。
在追求绿色发展的今天，寻找石油基塑料的可持续、可生物降解替代品已成为包装和生物医学领域的研究热点。聚乙烯醇（PVA）作为一种合成可生物降解高分子，因其成膜性、无毒性、高亲水性而备受青睐。然而，PVA对水的强亲和力，使其在潮湿环境下易于过度溶胀，水汽阻隔性能不佳，限制了其应用。为克服这些局限，常见的策略包括与其他聚合物共混、化学交联或填充改性，但这些方法往往带来工艺复杂性或环境隐患。静电纺丝技术能制备出高比表面积、孔隙可调的纳米纤维结构，但也进一步加剧了亲水体系的湿敏性，稳定化处理是核心挑战。针对此，研究者们将目光投向了一种简单、低能、无交联剂的溶剂后处理方法——甲醇处理。现有研究大多关注其对纯PVA纤维的稳定效果，但其在稳定PVA/CMC共混体系并协同调控其力学、阻隔、光学等多功能性能方面的系统作用，仍不十分清晰。为此，本文的研究团队开展了一项系统研究，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。
研究者开展本项工作，主要运用了以下几项关键技术方法：通过静电纺丝制备了不同PVA/CMC质量比（10:0, 9:1, 8:2, 7:3）的纳米纤维膜，并对部分膜进行甲醇（浸渍24小时）后处理。随后，系统地对样品进行了形貌、结构、性能表征，包括扫描电子显微镜（SEM）观察纤维形貌与直径，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析分子间相互作用，差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）研究热行为与稳定性，力学性能测试评估拉伸强度、断裂伸长率与模量，接触角测量评估润湿性，并测量了膜的溶胀性、溶解度、水汽渗透率（WVP）以及光学透过率和颜色参数。
3. 结果与讨论
3.1. 视觉外观、形貌和结构特性
3.1.1. 电纺PVA/CMC纳米纤维膜的视觉外观和形貌
所有电纺膜均呈现白色、不透明的无纺布外观。添加CMC未引起明显的颜色变化，但使膜触感更厚、更软。甲醇处理后，膜整体尺寸略有收缩。SEM图像显示，未处理纯PVA纤维光滑、无珠，随机取向。随着CMC含量增加，纤维直径减小，分布变窄，其中8:2比例的纤维最细、最均匀。7:3比例的膜则出现明显的“珠-串”结构缺陷，可能与高CMC含量下静电纺丝稳定性差有关。甲醇处理后，所有样品的纤维直径均有所增加，纤维间发生部分融合，形成更致密的网络结构。这是由于甲醇诱导了氢键重排、链重排和结晶，导致纤维溶胀和稳定化。
3.1.2. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析
FTIR光谱证实了PVA和CMC的共存以及两者间的相互作用。所有样品均在3300-3400 cm-1附近出现宽的羟基（O-H）伸缩振动峰。在未处理的膜中，随着CMC含量增加，代表PVA有序结构的~1140 cm-1附近峰强度减弱，表明CMC的引入干扰了PVA链的有序排列。甲醇处理后，该峰强度在所有样品中均有轻微增强，说明甲醇处理促进了链的有序堆积，增强了分子间的氢键作用。
3.1.3. 差示扫描量热法（DSC）分析
DSC分析显示，所有样品均表现出玻璃化转变、结晶放热和熔融吸热行为。在未处理样品中，随着CMC含量增加，PVA相的熔融焓和结晶温度（Tc）降低，表明CMC抑制了PVA的结晶能力。甲醇处理显著提高了所有样品的熔融温度和熔融焓，并使结晶峰向更高温度移动、峰形变锐，表明甲醇诱导的链重排和结晶显著增强了PVA相的结晶度和热稳定性。
3.1.4. 热重分析（TGA）
TGA结果表明，与纯PVA相比，CMC的加入提高了膜的起始分解温度（Tonset）和最大分解温度（Tmax），说明PVA-CMC相互作用增强了膜的热稳定性。甲醇处理进一步提高了所有膜的热稳定性，特别是对于CMC含量较高的膜，DTG曲线中的降解峰更尖锐且向高温偏移，反映了更紧密的网络结构。
3.1.5. 厚度和力学性能
膜的厚度随CMC含量增加而增加，甲醇处理后因网络收缩而减小。力学测试表明，在未处理的膜中，少量CMC（9:1）的加入略微提高了拉伸强度，但进一步增加CMC（8:2, 7:3）则导致强度下降，同时断裂伸长率显著降低，膜变脆。甲醇处理大幅提升了所有膜的拉伸强度和杨氏模量，特别是7:3膜，其拉伸强度提升最显著，但延展性也最差。8:2膜在甲醇处理后表现出最佳的强度和韧性的平衡。
3.2. 接触角分析
接触角测量显示，纯PVA膜高度亲水（接触角约19.4°）。加入CMC（9:1, 8:2）后，接触角进一步降低，表明表面亲水性增强。然而，7:3膜的接触角反而高于其他共混膜，这可能归因于其不均匀的纤维形貌导致的润湿状态变化。甲醇处理后，接触角普遍略有上升，这与处理后结晶度提高、表面自由羟基减少有关。
3.3. 纳米纤维膜的物理和阻水性能
3.3.1. 水分损失、溶解度和溶胀指数
未处理膜的水分损失和溶胀指数随CMC含量增加而增加，但溶解度随CMC含量增加而降低，这归因于更强的PVA-CMC分子间作用力阻碍了链的解缠和溶解。甲醇处理显著降低了所有膜的水分损失和溶解度，但略微增加了溶胀指数。这可能是由于溶剂诱导的链重排产生了一个结构稳定但更开放的亲水网络，能够容纳更多水分。
3.3.2. 水汽渗透性（WVP）
在未处理的膜中，随着CMC含量的增加，WVP显著上升，从纯PVA的5.28 (±0.16) × 10-10g·m/(m2·Pa·s)增加到7:3膜的13.6 (±0.41) × 10-10g·m/(m2·Pa·s)，表明CMC的引入增加了膜的亲水性和水汽传输通道。甲醇处理后，所有膜的WVP都大幅降低，其中7:3膜的WVP降至1.35 (±0.04) × 10-10g·m/(m2·Pa·s)，降幅高达约90%。这主要得益于甲醇处理诱导的网络致密化和结晶，有效阻隔了水汽的扩散路径。
3.4. 光学参数和紫外-可见光透射率
CMC的加入增强了膜在紫外区域（特别是200-300 nm）的光屏蔽能力，这归因于CMC的固有吸光性。甲醇处理对所有膜的透光率和颜色参数影响很小。不透明度随CMC含量增加而增加，甲醇处理略微增加了不透明度。总色差（ΔE*）和白色指数（WI）的变化也证实了CMC的添加和甲醇处理对膜光学外观的微小影响。
结论与意义
本研究系统地揭示了CMC的引入和甲醇后处理作为两种互补的设计工具，在调控电纺PVA/CMC纳米纤维膜多功能性能方面的协同作用。CMC的掺入优化了纤维形貌（减小直径）、提高了热稳定性并赋予其紫外屏蔽能力，但也增加了水汽渗透性。甲醇后处理则有效地克服了这一局限性，通过诱导氢键重排和网络致密化，显著增强了膜的机械完整性、热阻性，并大幅降低了水汽渗透性。在所有配方中，PVA/CMC（8:2）膜在甲醇处理后表现出了最均衡的综合性能，包括良好的机械强度、适中的延展性、显著降低的WVP以及增强的热稳定性。这项研究为稳定亲水性电纺聚合物共混物，并针对特定应用需求定制其机械、热、阻隔和光学性能，提供了一个清晰的、无需化学交联剂的规模化工艺设计框架。该策略简单、环保，为开发高性能、可生物降解的纤维膜材料，应用于食品包装、医用敷料、光学防护等领域，开辟了新的途径。
