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        不可思議!小麥居然可以成為生物復合材料的來源

        2021-11-01 14:21:27

              近日發表在polymers雜志上的一項研究表明世界上種植最廣泛的作物之一小麥中開發生物復合材料具有一定可行性,本文將會帶你了解什么是生物復合材料,為什么小麥適合用于生物復合材料。
        什么是生物復合材料?
               生物復合材料由天然材料制成,而不是像碳纖維、玻璃纖維或環氧樹脂等屬于合成材料。生物復合材料比合成材料更具有可持續性,它們不需要化石燃料密集型制造工藝,無須采用苛刻的化學試劑,并且是一次性的。它們的生物可將解性使它們能夠在生命結束時進行推肥。它們的機械性能與合成替代品相當。
                生物復合材料可以從許多自然來源制造。大麻、羊毛、絲綢、竹子、頭發和亞麻纖維可以從不同的植物和動物來源獲得。橡膠和聚酯是常用的天然基質材料。由于質量、數量和可用性,植物是生物聚合物最有用的來源。然而,植物材料的物理性質如厚度、水溶性和密度各不相同。
               此外,植物衍生材料的化學和物理性質(如結晶度和聚合度)的變化使其適合生物復合材料研究。由于其優越的可持續性,生物復合材料也被稱為綠色復合材料。
        生物復合材料的潛在用途
               由于生物復合材料具有生物相容性、無毒性和可處置性、生物復合材料在多種行業中均顯示出了潛力。
               作為醫療器械、家具、建筑材料、包裝和絕緣材料,生物復合材料成為研究的重點。這些有機衍生材料通過替代世界各地普遍使用的人造塑料和其他破壞生態的材料,為環境可持續性創造了巨大的機會。
        為何小麥是生物復合材料有吸引力替代品
               小麥是一種廉價、廣泛種植的作物。有許多元素使小麥成為生物復合材料研究的一個有吸引力的目標:小麥面筋、淀粉和纖維都具有機械和物理性,這使它們對全球生物聚合物工業至關重要。
        天然小麥淀粉
               小麥纖維因基質不同而具有熱性能和機械性能,面筋可生物降解、無毒、有彈性且不溶于水。甘油增加了小麥薄膜的水蒸氣滲透性和延長率。小麥淀粉用作生物聚合物膜,小麥纖維可用作材料基體的增強填料。
               大量的小麥及其在食品和生物燃料工業中的利用也造成了大量浪費。這使得小麥副產品成為一種廉價、無毒、可持續、可再生的重要復合材料來源。
        小麥生物復合材料的制備
                生物復合材料是通過使用天然木質素纖維增強高分子聚合物制成的。增強纖維復合材料的力學性能取決于四個因素:纖維類型、含量/負載、取向和分散以及纖維與聚合物基體之間的粘附力。
                基于小麥面筋的產品是通過擠壓、壓縮成型或鑄造生產的。親水增塑劑的加入對薄膜的柔韌性和熱處理至關重要,并導致機械性能的變化。此外,向生物復合材料中添加蛋白質也可提高機械性能。
        基于生物聚合物的小麥淀粉的形態(A-C)分別代表含有0、20和50%甘油的小麥淀粉生物聚合物表面,而(D-F)代表含有0、20和50%甘油的小麥淀粉生物聚合物橫截面

                目前已經對小麥生物復合材料進行了許多研究。諸如混合和壓縮成型、溶液澆鑄、擠出和注射成型等技術已被探索用于制造這些重要的生物材料?;谛←溤鰪姴煌w如天然橡膠、改性馬鈴薯淀粉、聚乳酸(PLA)和聚酯樹脂的生物復合材料已經進行了探索,研究發現使用PLA可產生最高的拉伸強度和拉伸模量。

               此外,部分研究人員還探索了將小麥纖維滲入小麥面筋中。這些纖維是通過沖擊球磨、研磨和銑削制備的。加入11.1%的沖擊或切割磨碎小麥纖維和1.2%的球磨纖維,可提高生物復合材料的機械性能。目前已有大量研究都證明了小麥生物復合材料適合制造堅固、可持續、自然衍生的材料。

        未來發展趨勢

              大量的塑料和合成材料給人類帶來了巨大的挑戰。它們造成大規模環境破壞,造成了海洋環境污染以及周邊數之不盡的垃圾填埋場。此外,它們制造過程中產生的排放對全球變暖有重大影響。
              生物復合材料提供了一種替代方案,可制造真正可持續的包裝、建筑材料和其他商業和工業上重要的產品。
              由于來自大量農作物和無毒副產品,小麥生物復合材料為材料行業提供了機會。然而,如果它們要在不久的將來真正具有商業可行性,就需要對這些材料進行更多研究。

                                           來源:碳纖維及其復合材料技術公眾號