油料压榨残渣在淀粉基生物复合材料中的增值化利用以实现可持续木材替代

《Forests》：Valorization of Oil Press Residues in Starch-Based Biocomposites for Sustainable Wood Substitution

　　

对可持续材料的日益关注激发了对由可再生资源和工业副产物生产的可生物降解生物复合材料的兴趣。本研究探讨了以黑种草、油菜籽和月见草饼渣残渣替代木材颗粒，用于改性热塑性淀粉（modified thermoplastic starch, MS）基复合材料的可行性。研究人员采用含有未处理饼渣替代木材的木质纤维素填料，在不同替代水平（30%、65%和100%）和基体比例（30%和40%）下制造了复合板，并评估了力学性能、表面粗糙度、润湿性和水稳定性。结果表明，饼渣含量是影响抗弯强度（modulus of rupture, MOR）和接触角的主要因素。提高木材替代比例降低了MOR。中等水平的黑种草替代降低了表面粗糙度。油菜籽和月见草残渣在较高替代水平下提高了抗水诱导分解的能力，而含黑种草残渣的复合材料在浸泡过程中仍高度易降解。研究结果表明，未经改性的油料压榨残渣可作为淀粉基生物复合材料中的替代木质纤维素填料，为农工业副产物的增值利用提供了一条有前景的途径。

论文解读：油料压榨残渣在淀粉基生物复合材料中的增值化利用

随着可持续材料需求的增长，生物复合材料因至少一种组分来源于生物质或可生物降解而受到广泛关注。传统聚合物基复合材料难以生物降解，而生物基塑料如聚乳酸（PLA）也需要特定工业堆肥条件。改性热塑性淀粉（modified thermoplastic starch, MS）因来源丰富、可再生、廉价且天然可降解，成为有潜力的聚合物基体。木材颗粒是常用的木质纤维素填料，但随着木材加工行业资源效率提高，木材残渣并非唾手可得的废料，因此寻找替代木质纤维素原料具有重要意义。油料压榨残渣是榨油工业的必然副产物，无需专门种植，产量巨大，但目前主要用作饲料等，其在复合材料中的利用尚需系统研究。此外，许多研究通过碱处理、硅烷化等化学改性改善填料与基体界面，但增加了成本和试剂消耗。为此，研究人员尝试以未经任何化学处理的黑种草（Nigella）、油菜籽（Rapeseed）和月见草（Evening primrose）饼渣部分或全部替代木材颗粒，制备MS基生物复合材料，并系统评价其性能。该研究发表于《Forests》期刊。

研究人员使用商业改性淀粉M30作为基体（Grupa Azoty S.A., Tarnów, Poland），三种油籽饼渣来自Warmińska Manufaktura El?bieta Wielecka, Olsztyn, Poland。实验设计包含三种饼渣类型、两种基体比例（30%和40%）和四种木材替代水平（0%、30%、65%和100%），共24个配方。材料经同向双螺杆挤出机（160°C）混合后，用热压机在160°C下压制5 min成型。测试包括密度、抗弯强度（modulus of rupture, MOR）、表面粗糙度（R_z、R_a、R<