亚麻纤维增强聚丁二酸丁二醇酯生物可降解复合材料的机械与物理性能评估及其在包装领域的应用潜力

这篇研究通过碱处理和硅烷化表面改性技术，显著提升了亚麻纤维（FF）与聚丁二酸丁二醇酯（PBS）基质的界面相容性。实验表明，硅烷化处理的FF复合材料（PBS/Si-FF）表现出最优的综合性能：拉伸强度提升5.4%，吸水率降至3%，且生物降解速率最低。通过FTIR和SEM证实了表面改性的有效性，DMA和TGA分析揭示了其热机械性能的增强。该研究为开发兼具高机械强度、耐水性和可控降解性的环保包装材料提供了新思路。

　　

摘要

研究聚焦于通过碱处理（Na-FF）和硅烷化（Si-FF）表面改性技术改善亚麻纤维（FF）与聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的界面结合力。改性后的FF通过FTIR和SEM验证了表面化学基团变化与形貌粗糙化，其中硅烷化处理在纤维表面形成Si-O键，显著增强疏水性。复合材料采用双螺杆挤出和注塑成型，20 wt% FF填充量下，PBS/Si-FF展现出最优性能组合。

实验方法

FF经2% NaOH溶液碱处理2小时或4%硅烷/乙醇溶液处理120分钟。复合材料通过200°C熔融共混制备，并注塑成标准试样。通过ASTM标准测试力学性能、吸水率（32天浸泡）及磨损行为；TGA和DMA分析热稳定性与动态力学性能；SEM观察断面形貌；真菌（Chaetomium globosum）暴露9周评估生物降解性。

关键结果

1. 界面增强：SEM显示Si-FF与PBS基质结合紧密，无界面空隙，碱处理FF次之，未改性FF存在明显相分离。
2. 力学性能：PBS/Si-FF拉伸强度达31.3 MPa（提升5.4%），Young模量361.1 MPa，但断裂伸长率降至11.8%。水浸泡后，其模量跃升至552.8 MPa，表明水分诱导纤维-基质交联增强。
3. 耐水性：硅烷化使复合材料吸水率降至3%（未改性FF为5.7%），归因于Si-OH与PBS酯键的共价结合。
4. 热性能：TGA显示Si-FF推迟PBS起始降解温度，残炭率8.9%（纯PBS仅2.5%）。DMA证实存储模量翻倍，tan δ峰值降低，反映链段运动受限。
5. 生物降解：PBS/Na-FF质量损失最高（18%），PBS/Si-FF最低（7%），FTIR证实降解后C=O自由基增多，材料亲水性增强。

应用价值

该研究为食品包装领域提供了可规模化生产的解决方案：

• 机械强度：硅烷化FF复合材料的比磨损率（0.016 mm³/Nm）较未改性样本降低60%，适合高载荷包装。
• 环境适配性：可控降解速率（真菌暴露9周失重7%）与低吸水特性，适用于潮湿环境。

未来方向

建议探索等离子体或γ射线辐照等改性方法，进一步优化FF与PBS的界面性能，并评估工业级加工条件下的材料稳定性。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加主观推断。）