葡萄酒副产品衍生的生物基抗氧化剂在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚乳酸(PLA)中的稳定化效率比较研究

本研究针对传统合成抗氧化剂的环境与健康风险，创新性地利用葡萄酒副产品葡萄渣(WP)及其提取物(WP-Ex)作为生物基替代品，系统评估了其在生物聚合物PBS和PLA中的热氧化稳定效果。通过微型单螺杆挤出(MSE)和双螺杆挤出(TSE)工艺，证实WP-Ex在0.3-2.0 wt.%浓度下可将动态氧化诱导温度(OIT)提升24-35%，其性能接近商用抗氧化剂Irganox? 1010，为开发可持续高分子材料提供了绿色解决方案。

　　

在塑料工业追求可持续发展的背景下，传统合成抗氧化剂如Irganox? 1010(I-1010)的环境毒性和健康风险日益凸显。生物基塑料虽具环保优势，但其热氧化稳定性差的问题严重制约工业化应用。葡萄酒酿造产生的葡萄渣(WP)含有70%的天然多酚类抗氧化物质，为开发绿色稳定剂提供了新思路。然而，提取工艺的复杂性以及生物基与合成抗氧化剂的性能差异尚未系统研究。

德国研究人员通过多阶段实验设计，首次全面比较了WP粉末(RWP-P)、其环保提取物(RWP-Ex)与I-1010在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚乳酸(PLA)中的稳定效果。研究采用超声辅助提取(UAE)技术制备RWP-Ex，利用微型单螺杆挤出机(MSE)进行预筛选后，通过实验室级双螺杆挤出(TSE)制备生物复合材料。通过热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)和动态氧化诱导温度(OIT)测试评估性能，并结合光学显微镜和拉伸试验分析微观结构与力学特性。

生物添加剂特性分析
研究发现UAE提取使RWP-Ex的总酚含量(TPC)提升4-5倍至275-397 mg GAE/g，但糖分浓缩导致热稳定性降低30%。通过对比2021-2023三个年份的样品，证实年份差异对提取物抗氧化活性(AA_ABTS)影响有限。

预评估与主评估结果
MSE预实验显示所有年份RWP-Ex均能使PBS的OIT_off提升54K(24%)。TSE主实验发现：在PBS中，3 wt.% RWP-P和2 wt.% RWP-Ex分别使OIT_off提高30%和33%，接近I-1010的35%；PLA体系则显示RWP-Ex在2 wt.%时实现21%提升，略低于I-1010的23%。值得注意的是，RWP-Ex在PBS中能维持力学性能，而RWP-P会显著降低断裂伸长率(ε_b)。

热稳定性与机械性能
TGA显示RWP-Ex使PBS的T_5%升高3.2%，但使PLA降低6%，这与PLA易水解的特性相关。拉伸试验表明，2 wt.% RWP-Ex处理的PBS保持原始拉伸模量(980 MPa)，而5 wt.% RWP-P会使模量增加14%，证实提取工艺对保持材料本征性能的优势。

该研究证实葡萄酒副产品提取物能有效弥合生物基与合成抗氧化剂的性能差距：在PBS中，RWP-Ex仅需I-1010的60%浓度即可实现相当的热氧化稳定性，且避免机械性能损失；对于PLA体系，虽然稳定效果略低，但仍展现出良好的应用潜力。这项发表于《Polymer Degradation and Stability》的工作为开发生物基塑料稳定剂提供了重要数据支撑，其环保提取工艺和"农业废弃物-高值材料"转化思路，对推动循环经济和绿色制造具有示范意义。研究同时指出，未来需优化提取工艺以平衡成本效益，并解决天然添加剂可能导致的材料变色问题。