综述：基于槟榔（Areca catechu）的木质纤维素生物复合材料及其潜在工业应用研究进展

这篇综述系统阐述了槟榔（Areca catechu）废弃物在生物复合材料领域的创新应用。文章聚焦槟榔叶鞘纤维的纳米纤维素（CNF）提取技术（包括酸水解、TEMPO氧化等），及其在环氧树脂（EP）、聚乳酸（PLA）等聚合物基体中的增强效果，展示了该材料在汽车轻量化（拉伸强度38 MPa）、航空航天及可持续包装等领域的潜力，同时探讨了亲水性改良和阻燃性优化等关键技术挑战。

　　

槟榔生物复合材料的绿色革命

引言

全球对合成纤维替代材料的需求推动了槟榔（Areca catechu）这种热带作物的二次开发。每公顷槟榔园每年产生10-12吨有机废弃物，传统焚烧处理不仅造成碳排放，更浪费了富含纤维素（57.3%）和半纤维素（13.3%）的宝贵资源。

槟榔纤维的工业潜力

槟榔叶鞘纤维（ALS）通过机械研磨或化学处理可转化为纳米纤维素（CNF）。研究表明，50% ALS增强的环氧树脂复合材料展现卓越性能：冲击强度34.1 kJ/m²，拉伸强度44.6 MPa，远超纯树脂基体。在汽车领域，三层ALS复合材料实现38 MPa拉伸强度，同时降低20%吸水率。

纳米纤维素提取技术

酸水解法制备的CNF直径仅5-20 nm，比表面积高达500 m²/g，其与聚乳酸（PLA）复合后热稳定性提升40℃。TEMPO氧化法则在保留纤维结晶度（72%）的同时，引入羧基改善界面结合力。

性能优化策略

• 亲水性挑战：通过硅烷偶联剂处理使ALS接触角从30°增至85°

• 阻燃创新：添加5%技术木质素使复合材料极限氧指数（LOI）达28

• 混合增强：与玄武岩纤维杂交后弯曲模量提升至37.9 GPa

多元化应用场景

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  建筑领域：阻燃型ALS粒子板通过EN 312标准认证

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  医疗包装：CNF/PLA薄膜氧气透过率<3 cc/m²/day

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  纺织创新：静电纺丝ALS纳米纤维膜用于伤口敷料

未来展望

当前研究需突破批量生产中的纤维分散均匀性问题。马来西亚理工大学团队正开发新型双螺杆挤出工艺，目标在2026年前实现年产500吨ALS复合材料产业化。随着全球生物基材料市场预计达1272亿美元，槟榔这种传统作物正在绿色材料领域焕发新生。