箭根淀粉增强箭根纳米晶纤维素生物聚合物纳米复合薄膜的力学-物理-形态学特性研究

本文系统研究了箭根纳米晶纤维素(ANCC)增强箭根淀粉(AS)生物聚合物薄膜的制备与性能。通过酸水解法制备ANCC，采用溶液浇铸法制备含不同ANCC负载量(0-10%wt)的复合薄膜。研究发现ANCC的加入显著提升了薄膜的机械强度(最优负载量3%)、热稳定性(残炭率增加)和结晶度(XRD证实)，同时揭示了其亲水性导致的吸水性变化规律，为开发全生物基可持续材料提供了重要依据。

　　

亮点

ANCC的加入犹如给生物薄膜装上了"纳米骨架"，使箭根淀粉(AS)基复合材料展现出令人惊喜的性能提升。当ANCC含量达到3%这个甜蜜点时，薄膜的拉伸强度和断裂伸长率如同经过特训的运动员般显著提高，不过这位"强化教练"也稍微降低了材料的杨氏模量。

材料特性

热重分析(TGA)显示，虽然主要降解起始温度略有下降，但ANCC就像防火盾牌般显著提高了残炭率——10%负载量时残炭量飙升约50%，证明它能通过促进炭层形成来增强热稳定性。FTIR和拉曼光谱如同分子侦探，成功捕捉到ANCC与AS基体间形成的氢键网络；XRD则揭示随着ANCC含量增加，薄膜结晶度节节攀升的精彩故事。

水环境行为

这些生物薄膜在水中的表现就像性格多变的精灵：蒸馏水中，所有样品24小时后就完全溶解，展现典型的淀粉基材料特性；而盐水环境中，它们却表现出令人意外的坚韧——10%ANCC样品在人工海水浸泡7天后仍保持65%重量，这要归功于ANCC与盐离子间的特殊相互作用。

结论

这项研究为ANCC强化AS生物薄膜绘制了详尽的性能图谱：3%ANCC负载量成为机械性能的黄金比例，而更高负载量则更适合需要热稳定性的场景。这些全源于箭根植物的"自增强"复合材料，正在为可持续包装和生物医学材料打开崭新的大门。

作者贡献声明

A.H.M. Firdaus：负责论文撰写、实验设计及数据分析；S.M. Sapuan教授：研究指导与经费支持；团队其他成员共同完成项目督导工作。研究获得马来西亚高教部基础研究基金(FRGS/1/2023/TK09/UPM/01/3/5540599)资助。