研究背景：

生物基聚乳酸(PLA)是由玉米、马铃薯和甜菜等农业材料发酵制成的。它具有良好的生物相容性和良好的机械性能，在各种应用中具有相当大的加工能力。然而，聚乳酸仍然保留了一些限制，如高脆性、水敏感性和低冲击强度。引入增强纤维可以在不影响可设计性和可制造性的情况下提高聚乳酸的力学、物理和热性能。此外，PLA与植物纤维的结合保持了完全的生物降解特性。植物纤维/聚乳酸复合材料可以潜在地应用于多种应用领域，如飞机内饰、汽车门板、排水系统和运动设备，它们可以取代石油基聚合物复合材料，如酚醛玻璃布、聚碳酸酯和聚氨酯泡沫。探索生物可降解黄麻/聚乳酸复合材料的应用具有重要意义。

研究内容：

黄麻纤维增强聚（乳酸）(PLA)复合材料具有完整的生物可降解特性，具有相对显著的力学性能，同时对酶环境具有很强的敏感性。为了阐明黄麻/PLA复合材料的酶降解机制，同济大学的于涛教授团队研究在含有蛋白酶K、纤维素酶、木质素酶和果胶酶的酶溶液中进行了35天的降解，实验评价了酶降解过程中的吸水率、结晶度、分子量、形态学、化学成分的变化。

主要研究结果：

（1）黄麻/聚乳酸复合材料的实验设计示意图。

（2）（(a)和(b)）分别为PLA和黄麻/PLA样品的吸水和减重率；(c)DSC曲线黄麻/PLA(E)；(d)红外曲线的溶液在35天降解；(e)分子量的分布的黄麻/PLA(E)；(f)所有分子量的分布实验组在35天后降解。

（3）(a)嵌入黄麻纤维的层次结构；（(b)和(e)）黄麻/PLA样品断裂表面的扫描电镜照片，（(c)和(f)）16天酶降解的样品断裂表面的扫描电镜照片，（(d)、(g)、(h)）35天后酶降解的样品断裂表面的扫描电镜照片，（(i)和(j)）35天后去离子水降解的样品断裂表面的扫描电镜照片，(k)黄麻/PLA复合材料降解机理。

（4）不同酶浓度环境下黄麻/PLA复合材料的重量损失率(a)和相应的ln(Ct/C0)与t图；第一(a)、第二(b)和第三降解阶段的伪一级动力学线性拟合，不同酶浓度环境(a)下Y−1与[E]−1的线性拟合；第一(c)、第二(d)和第三(e)阶段的ln(1−Ymax)与t的线性拟合。(f)实验Y−1和[E]−1的线性最小二拟合，(g)-(i)不同降解阶段的线性最小二乘拟合。

研究结论：

同济大学的于涛教授团队结合实验和分析的方法，研究了黄麻/PLA复合材料的酶降解机理。黄麻/PLA复合材料在混合蛋白酶K、纤维素酶、木质素酶和果胶酶的酶溶液中的酶降解可分为三个阶段：第一阶段，主要降解多数为降解速度快的非晶态PLA分子；第二阶段，纤维-基质界面和PLA结晶区主要发生酶降解；第三阶段，黄麻纤维开始降解，酶分解后PLA开始崩溃。此外，还提出了一种新的针对不同降解阶段和酶浓度的降解动力学方法。

参考文献：

Zixuan Chen a , Ding Ding a , Tao Yu a,b,* , Weidong Yang a , Qian Li a , Yan Li a，Enzymatic degradation behaviors and kinetics of bio-degradable jute/poly (lactic acid) (PLA) composites,Composites Communications,2022,33,101227.

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S245221392200170X

DOI: 10.1016/j.coco.2022.101227