泡菜副产物纤维素增强PBAT复合材料的机械性能优化及可持续应用研究

为解决农业废弃物资源化利用率低和石油基塑料污染问题，韩国研究人员以泡菜加工副产物(KCBs)为原料，通过环保型柠檬酸/H2O2预处理提取高纯度纤维素(CRB)，并制备PBAT/CRB复合材料。研究发现15 wt% CRB填充量可使材料杨氏模量提升至47.97%，拉伸强度显著增强，同时保持断裂伸长率，为生物可降解包装材料开发提供新思路。

　　

每年全球泡菜产业产生数百万吨副产物，这些富含纤维素的废弃物通常通过填埋或焚烧处理，不仅造成资源浪费，还会释放温室气体。与此同时，传统石油基塑料难以降解的问题日益严峻，聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为可生物降解聚酯虽具有加工优势，但机械性能不足限制了其应用。如何将农业废弃物转化为高附加值材料，并提升生物基复合材料的性能，成为当前研究的关键挑战。

韩国研究人员在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，创新性地从泡菜白菜副产物(KCBs)中提取纤维素(CRB)，通过双螺杆共混和热压成型制备PBAT/CRB复合材料。研究采用CAHP预处理(柠檬酸/H₂O₂)、FTIR和XRD表征化学结构，SEM观察形貌，DSC分析结晶行为，并系统测试了机械性能。

3.1 CRB粉末的理化特性
CAHP-2预处理(30% H₂O₂)获得的CRB-2白度指数达88.43%，纤维素纯度提升至92.83%，结晶指数(CI)达47.97%。TGA显示其热分解起始温度达306°C，满足聚合物加工要求。

3.5 复合材料形貌特征
SEM显示15 wt% CRB填充时形成均匀分散结构，纤维长径比为63.53，粗糙表面促进氢键结合。但CRB含量超过20 wt%会出现明显团聚，导致相分离。

3.6 结晶行为分析
DSC表明CRB具有双重作用：低含量(≤5 wt%)时阻碍分子链运动降低结晶度(χ_c最低10.27%)；高含量(≥15 wt%)时作为成核剂使χ_c回升至14.61%。刚性非晶相(RAF)含量随CRB增加而升高，反映分子运动受限。

3.7 机械性能优化
15 wt% CRB使复合材料达到最佳平衡：杨氏模量提升3.8倍，拉伸强度提高58%，同时保持85%的原始断裂伸长率。弹性 toughness 分析表明低含量(0.5-2.5 wt%)更适合需要韧性的应用场景。

该研究首次证实KCBs衍生的CRB能有效增强PBAT性能，15 wt%填充量实现强度-柔韧性最佳平衡。环保型CAHP预处理避免了传统卤素漂白的污染问题，纤维素提取率较常规方法提高147%。通过氢键作用形成的界面增强机制，为设计高性能生物基复合材料提供了新思路。研究成果不仅解决了农业废弃物处置难题，还为开发可持续包装材料开辟了路径，具有显著的环境和经济效益。未来研究可进一步优化规模化生产工艺，并评估材料在不同环境条件下的降解行为。