喷涂聚乳酸/聚羟基脂肪酸酯可降解生物塑料薄膜增强纸张性能：绿色包装的屏障与机械强化策略

本文创新性地采用喷涂加热压技术，将可生物降解的PLA/PHA复合涂层应用于牛皮纸，显著提升纸张的机械强度、氧气屏障性（OTR降低）和热稳定性（TGA验证），为可持续包装提供了可调控组成、兼具功能性与环保性的解决方案。

　　

Highlight

本研究通过喷涂加热压技术开发了基于聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）的可生物降解涂层系统，显著增强了牛皮纸的机械性能、屏障性能和耐水性。

Materials

纸张浆料来自Smurfit Stone公司（美国佐治亚州）。聚乳酸（PLA，数均分子量Mn = 155,000 g/mol）由Nature Works LLC提供，是一种来源于可再生农业原料的微生物发酵糖类所制乳酸生物基聚合物。聚羟基脂肪酸酯（PHA，Mn = 700,000 g/mol）由CJ Biomaterials提供。

Morphology

图1展示了未涂层纸和PLA/PHA涂层纸的扫描电镜（SEM）图像。未涂层纸张呈现典型的纤维网络结构（图1a），而未经热压处理的涂层纸则表现出不均匀的涂层形态（图1b），这归因于喷涂技术对高纵横比和不平整表面的适应性。热压处理后，涂层表面变得均匀且致密（图1c-f），有效封闭了纸张孔隙。PLA倾向于形成表面密封层，而PHA则更深地渗透至纤维基质内部，填充空隙，二者协同作用优化了涂层效果。

Conclusion

本研究成功采用喷涂加热压工艺制备了PLA/PHA涂层纸，用于可持续包装。通过调节PLA与PHA的比例，可实现形态、机械、热学和氧气屏障性能的可控调整。PLA为主的涂层提供表面密封和强界面粘附，而PHA为主的混合则增强内聚性但可能导致表面不规则。50:50的PLA/PHA比例表现出最优的综合性能，包括最低氧气传输率（OTR）和更高的拉伸强度。热重分析（TGA）显示所有涂层样品的热稳定性均优于未涂层纸，降解温度随聚合物组成变化。过量PHA会导致成膜不良，降低屏障性能。总体而言，PLA与PHA的组成调控使涂层具备多功能优化特性，喷涂法为高性能可生物降解包装提供了可扩展的环保解决方案。