北京林业大学在生物基木塑复合材料协同改性与强韧化方面获进展

摘要：近日，北京林业大学材料学院张双保教授课题组在材料科学领域一区Top期刊《Composites Part B: Engineering》（影响因子：12.7）上发表论文“Engineering strong and tough wood fiber/polyhy

近日，北京林业大学材料学院张双保教授课题组在材料科学领域一区Top期刊《Composites Part B: Engineering》（影响因子：12.7）上发表论文“Engineering strong and tough wood fiber/polyhydroxybutyrate bio-composite: Synergistic modification, performance optimization, and mechanistic insights”。

随着石油基资源日益枯竭和“白色污染”问题日益严峻，可生物降解塑料聚羟基丁酸酯 (PHB) 作为一种极具潜力的绿色替代品，备受瞩目。然而，其高昂的成本和固有的脆性限制了它的广泛应用。采用植物纤维增强PHB基复合材料虽能有效降低成本并提高强度，但由此产生的界面相容性问题以及植物纤维在改善PHB脆性方面的局限性仍不容忽视。因此，兼顾强度与韧性提升，是拓展PHB基生物复合材料应用前景的关键挑战之一。

据此，北京林业大学张双保教授团队提出了一种基于协同效应的PHB基木塑复合材料改性策略。该策略巧妙地利用聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 生物基聚酯的高韧性特点作为增韧组分；同时引入马来酸酐接枝聚羟基丁酸酯 (PHB-g-MA) 作为界面相容剂，以增强各组分间的相互作用。本研究成功构建了基于PHB-g-MA与PBS协同作用的WF/PHB生物基复合材料及其性能优化数值模型，并在此基础上探索了可定制化的性能优化策略。此外，研究团队还结合多尺度表征及分子模拟等先进手段，深入探究了PHB-g-MA和PBS在多相体系中的相互作用机制，揭示了二者协同改性构效的深层机理，为高性能生物基复合材料的可持续发展提供了重要的理论指导与技术支撑。

实验结果表明，采用最优配方制备的PHB基木塑复合材料强度和韧性均得到显著提升，其中静曲强度、弯曲韧性、拉伸强度、断裂伸长率和抗冲击强度分别提高了 25.6 %、165.6 %、22.4 %、110.8 % 和 210.7 %；

此外，该策略还显著改善了复合材料的耐水性、动态弹性、热稳定性以及熔融加工性能。

这项研究为经济高效开发PHB基生物复合材料提供了一种灵活的发展思路，有望推动其在环保包装、汽车内饰、增材制造、绿色建筑和生物医学等领域的广泛应用，为应对全球环境挑战，助力可持续发展贡献力量。