基于柑橘加工废料和聚乳酸的生物塑料研究及其在可持续包装中的应用

推荐 为解决塑料污染危机，研究人员以柑橘榨汁废料（CP）为原料，通过挤出辅助塑化与聚乳酸（PLA）熔融共混，开发出新型生物塑料。研究表明，70% CP含量的配方在土壤埋藏90天后质量损失达53-64%，显著加速PLA链断裂（-29%分子量）。该成果为农业废弃物高值化利用及可降解包装材料开发提供了新路径。

　　

论文解读
塑料污染已成为全球性危机，传统塑料的线性生产模式导致大量废弃物无法有效降解，威胁生态环境与人类健康。在此背景下，开发可生物降解的替代材料成为研究热点。来自巴西的研究团队聚焦柑橘榨汁副产物——柑橘果肉（CP），通过挤出辅助塑化技术将其转化为热塑性化合物，并与聚乳酸（PLA）熔融共混，成功制备出性能优异的生物塑料。

该团队采用22因子设计实验，系统评估了CP含量（30%、50%、70%）及甘油含量（40%、60%）对材料性能的影响。结果表明，70% CP含量的配方在土壤埋藏90天后质量损失最高达64%，显著加速了PLA的链断裂（分子量减少29%），而30% CP与60%甘油的组合则展现出最佳的机械性能（断裂伸长率翻倍）。研究还发现，甘油作为增塑剂提升了PLA的自由体积和链流动性，降低了玻璃化转变温度（Tg从60℃降至53-55℃），但未显著影响结晶度（χc最高仅2.5%）。

研究结论指出，CP的引入不仅提高了PLA基材料的可降解性，还通过优化配方平衡了机械强度与环境友好性。该成果为农业废弃物资源化利用提供了新思路，并推动生物塑料在包装、日用品等领域的应用。未来需进一步探索预处理工艺及生物基增塑剂的开发，以提升材料综合性能。

研究方法
研究人员采用挤出辅助塑化技术将柑橘果肉（CP）与甘油混合制备热塑性化合物，并通过双螺杆挤出机将其与聚乳酸（PLA）熔融共混。材料性能通过单轴拉伸测试、差示扫描量热法（DSC）及土壤埋藏实验评估，分子量变化则借助凝胶渗透色谱（GPC）分析。

柑橘果肉（CP）作为榨汁副产物，富含纤维素、半纤维素及果胶等成分，但其高湿度与易腐性导致工业利用率低。研究团队通过塑化处理将其转化为热塑性材料，解决了传统加工中能耗高、步骤复杂的问题。实验设计采用22因子法，系统考察CP与甘油比例对材料性能的影响。结果显示，70% CP含量配方在土壤中埋藏90天后质量损失达64%，显著加速PLA链断裂（分子量减少29%），而30% CP与60%甘油组合则兼具高机械强度（断裂伸长率翻倍）与环境友好性。

研究意义在于首次将柑橘果肉大规模应用于生物塑料制备，通过优化配方平衡了材料性能与降解效率。该技术不仅降低了石油基塑料的使用，还为农业废弃物资源化提供了可行方案。未来研究需关注预处理工艺改进及生物基增塑剂的开发，以进一步提升材料综合性能，推动其在包装、日用品等领域的商业化应用。