创新性米糠/聚乳酸共混生物塑料的开发：挤出结合注塑与3D打印技术的协同应用

本研究针对农业副产物米糠(RB)高值化利用难题，通过将其与聚乳酸(PLA)共混，采用挤出-注塑协同3D打印技术开发新型生物塑料。结果表明，增加PLA含量可显著提升材料机械性能(拉伸强度从12 MPa增至29 MPa)，热分析证实二者部分相容，首次实现20-30 wt% RB含量的3D打印成型，为农业废弃物资源化提供了创新解决方案。

　　

在全球每年产生1.5亿吨农业副产物的背景下，米糠(RB)作为稻米加工的副产品，富含蛋白质和淀粉却多被用作廉价饲料。传统石油基塑料的环境污染与PLA高昂成本形成双重挑战，如何通过农业废弃物开发生物可降解材料成为关键科学问题。西班牙Herba Ricemills等机构的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，创新性地将米糠与聚乳酸(PLA)结合，通过多尺度加工技术开发出兼具环境友好与实用性能的新型生物材料。

研究采用三步法工艺：首先对脱脂米糠(DRB)进行甘油塑化预处理，随后通过双螺杆挤出机(螺杆L/D比40)进行熔融共混，最后采用注塑(T_c
210°C)和熔融沉积建模(FDM)3D打印(喷嘴温度190-210°C)成型。通过ISO标准力学测试、动态热机械分析(DMTA)、差示扫描量热法(DSC)和扫描电镜(SEM)等手段系统表征材料性能。

3.1 注塑样品性能
力学测试显示PLA含量与机械性能呈正相关：当PLA从30 wt%增至70 wt%时，拉伸强度从12 MPa提升至29 MPa，断裂伸长率从2.4%增至4.9%。DMTA证实材料以弹性行为为主，单峰tan δ曲线表明两组分具有部分相容性。热分析发现DRB中的残留水分可降低PLA的玻璃化转变温度(T_g
)和冷结晶温度(T_cc
)，起到内源性增塑作用。SEM观察到微米级相分离但无宏观分层，解释其兼具刚性与韧性的特性。

3.2 3D打印突破
首次实现含20-30 wt% DRB的PLA共混物3D打印，尽管层间粘结导致力学性能较注塑样品下降(拉伸强度从29 MPa降至11 MPa)，但弯曲测试显示更优性能(强度达39 MPa)。SEM揭示提高PLA含量至80 wt%可显著改善熔体流动性和层间结合，为后续工艺优化指明方向。

该研究通过多学科技术交叉，证实米糠与PLA共混可协同提升材料的加工适应性与使用性能。特别值得注意的是，30 wt% PLA添加即可使米糠基塑料的杨氏模量从传统工艺的140 MPa跃升至1.4 GPa，突破生物材料机械性能瓶颈。研究不仅为农业废弃物高值化提供新思路，更通过引入3D打印技术拓展其在个性化医疗器材、定制化包装等领域的应用前景。未来通过优化打印参数、开发相容剂等手段，有望进一步释放这类可持续材料的产业化潜力。