葡萄渣增强Mater-Bi生物复合材料的加速老化机制及其环境稳定性研究

本研究针对生物可降解复合材料在户外应用中易受光氧化降解的问题，创新性地将富含多酚的葡萄渣(GP)作为填料与Mater-Bi(MB)复合。通过流变学、热学和力学分析结合土壤降解实验，发现GP能显著提升材料的光氧化稳定性，同时加速环境降解。该研究为农业废弃物高值化利用和可持续材料开发提供了新思路。

　　

随着全球每年2200万吨塑料污染对生态和健康的威胁加剧，开发可持续材料成为迫切需求。生物可降解聚合物虽以20-30%的年增长率快速发展，但其户外应用面临紫外线(UV)辐射导致机械性能下降的关键瓶颈。传统解决方案依赖人工添加剂，而农业废弃物中天然功能成分的利用为绿色稳定剂开发提供了新可能。

在这项发表于《Polymer Degradation and Stability》的研究中，来自意大利Novamont等机构的研究团队创新性地将葡萄酒工业副产品葡萄渣(GP)作为功能性填料，与商业生物降解材料Mater-Bi(MB)复合，系统研究了其在加速老化条件下的性能演变规律。研究发现GP中的多酚类物质能通过"牺牲抗氧化"机制保护聚合物基质，使含20%GP的复合材料在72小时UV照射后仍保持优异稳定性，同时促进后续土壤降解，实现了废弃物增值与材料性能提升的双赢。

研究采用QUV加速老化箱模拟户外条件，结合流变学测试、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)等技术评估材料性能，并通过土壤埋藏实验和核磁共振(NMR)等手段解析降解机制。特别建立了总多酚含量(TPC)测定方法，定量追踪GP中活性成分的变化规律。

在"3.1 葡萄渣多酚含量评估"部分，研究首次揭示GP粉末在光氧化过程中TPC呈时间依赖性下降，但令人惊讶的是，含GP的复合材料经UV处理后TPC反而升高。流变测试表明，GP的加入使复合材料在高频区粘度下降趋势减弱，证实了其光稳定作用。DSC数据显示，纯MB经72小时老化后结晶度从18.7%激增至29.2%，而含20%GP的样品仅从37.3%微增至38.2%，说明GP有效抑制了老化诱导的结晶。

"3.2 加速老化对土壤降解性的影响"章节通过45天土壤埋藏实验发现，预老化处理使纯MB降解率降低，但GP复合材料却呈现相反趋势。接触角测试显示MB样品ΔSCA_72h达22.8°，而MB/GP20仅10.1°，表面分析证实GP能保护材料免受光氧化侵蚀。SEM显微照片更直观显示，含GP样品降解后裂纹尺寸更小，形态保持更完整。

研究创新性地提出GP在MB基质中的双重作用机制：一方面，多酚成分通过清除自由基延缓光氧化；另一方面，其促进PBAT组分优先降解，使复合材料在土壤中更易被微生物利用。NMR分析发现老化后PBAT数均分子量(MW_n)从21600降至18400，且CDCl₃可溶分数减少，证实了交联与断链的竞争反应。

这项工作的重要意义在于：首次系统评估了GP对MB复合材料生命周期的影响，为农业废弃物在功能材料中的应用提供了理论依据；建立的加速老化-自然降解关联研究方法，为可降解材料的耐久性评价提供了新范式。研究结果提示，在开发户外用生物基材料时，需平衡光稳定性和环境降解性，而GP这类富含生物活性成分的废弃物可作为理想的绿色改性剂。未来研究可进一步优化GP处理工艺，并探索其在其他生物聚合物体系中的普适性应用。