微交联增强淀粉基吹塑薄膜的力学性能与长效抗菌特性研究

为解决传统塑料污染和高淀粉含量材料机械性能差的问题，研究人员通过多环氧功能链延伸剂构建微交联网络，成功制备出淀粉含量达70%的HPS/PBAT吹塑薄膜。该材料拉伸强度提升至14.1 MPa，断裂伸长率提高18.3倍（达220%），同时通过化学锚定抗菌剂PHMG实现72.3%的耦合效率，10次循环后抗菌率仍保持98%。研究成果为食品包装领域提供了兼具高强度、高韧性和长效抗菌的可降解材料。

　　

白色污染和食品包装材料的不可降解性一直是全球环境治理的难题。传统塑料因其化学稳定性在自然环境中难以降解，而淀粉基材料虽可降解却存在机械性能差、易滋生细菌等缺陷。如何开发兼具高力学性能和抗菌特性的可降解材料，成为科研界亟待突破的瓶颈。

太原工业学院材料工程系的研究人员创新性地采用多环氧功能链延伸剂ADR-4468，通过反应熔融挤出技术构建微交联网络，成功制备出淀粉含量高达70%的羟基丙基二淀粉磷酸酯(HPS)/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)吹塑薄膜。这项发表在《LWT》的研究通过毛细管流变学、动态力学分析(DMA)和透射电镜(TEM)等技术，系统评估了材料的结构与性能。

微交联结构的构建与验证
通过FT-IR和凝胶含量测试证实，环氧基团与淀粉羟基、PBAT端基发生开环反应形成共价桥联。当ADR含量为0.5%时，53%的PBAT和22.8%的淀粉参与交联，使熔体表观粘度显著提升，有利于吹塑加工。DMA显示PBAT的玻璃化转变温度(T_g)从-32.3°C升至-29.2°C，表明分子链运动受限。

力学性能的突破性提升
SEM观察到PBAT在拉伸过程中形成取向纳米纤维，与淀粉相通过化学键合产生协同增强效应。最优样品S70P30-A0.5的拉伸强度达14.1 MPa，断裂伸长率提升18.3倍至220%，远超同类研究报道值（通常<8 MPa）。这种"高强度-高韧性"平衡源于微交联网络与PBAT纳米纤维的独特形态。

长效抗菌与保鲜性能
通过元素分析计算发现，PHMG抗菌剂的耦合效率达72.3%。浸泡实验表明，经过10次使用循环后，对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌率仍保持98%以上。番茄保鲜实验显示，包裹该薄膜24天后失重率<10%，水蒸气透过率(WVP)降低32.8%，证实其优异的水汽阻隔性能。

可控降解特性
土壤降解30天后，未交联样品失重达72.8%，而交联样品因致密结构延缓了降解速率，但仍保持60%以上的总失重率，避免了传统塑料的环境滞留问题。

该研究通过微交联工程实现了淀粉基材料性能的突破：不仅解决了高淀粉含量导致的机械性能缺陷，还通过化学锚定抗菌剂赋予材料长效抗菌性。这种"可降解-高强度-抗菌"三位一体的特性，为食品包装行业提供了新型环保解决方案。特别值得注意的是，材料在保持80%以上透光率的同时，其力学性能已接近传统塑料，展现了生物基材料替代石油基产品的巨大潜力。研究揭示的环氧微交联机制，也为其他生物高分子材料的改性提供了新思路。