淀粉基薄膜的力学与耐水性提升：亲疏水性碳黑的协同调控机制

为解决淀粉基薄膜机械性能差、耐水性不足的问题，研究人员通过调控亲水性（hydrophilic）和疏水性（hydrophobic）碳黑（CB）的添加比例，显著提升了薄膜性能。结果表明，40%亲水性CB使拉伸强度从1.26 MPa提升至7.51 MPa，水蒸气渗透率降低43.8%（9.07×10?13→5.10×10?13 g?1s?1Pa?1），接触角从37.50°增至61.83°，为食品包装材料开发提供新思路。

　　

这项研究通过将亲水性和疏水性碳黑（Carbon Black, CB）引入淀粉基薄膜，揭示了纳米填料对生物可降解材料性能的调控规律。当CB含量攀升时，薄膜的流变特性发生显著变化——成膜分散体系的表观粘度持续增加。扫描电镜捕捉到有趣的现象：亲水性CB在淀粉基质中像训练有素的士兵整齐列队，而疏水性CB则更易聚集成"小团体"。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）的分子侦探工作发现，亲水性CB与淀粉分子间存在更强烈的"握手"作用。随着CB含量从0%飙升至40%，薄膜的玻璃化转变温度（Tg）和抗穿刺性能同步提升，仿佛给薄膜穿上了隐形盔甲。更有趣的是，这些含CB的薄膜变身"阳光卫士"，对UV-Vis光的透过率大幅降低。

力学测试数据令人振奋：亲水性CB的加入使薄膜拉伸强度实现近6倍飞跃（1.26→7.51 MPa）。在水系防御方面，CB薄膜表现出双重防护——水蒸气渗透率从9.07×10^?13 g^?1s^?1Pa^?1降至5.10×10^?13 g^?1s^?1Pa^?1，而水接触角则从37.50°攀升至61.83°，仿佛在薄膜表面筑起防水堤坝。此外，CB的加入还降低了薄膜的"亲水指数"——水溶性指数和含水量双双下降。这些发现为开发高性能食品包装材料提供了新策略。