研究背景：
为解决传统不可降解塑料带来的环境问题，使用可降解塑料来制作一次性塑料制品，而聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯 (PBAT) 是最具吸引力的可生物降解聚合物之一，被认为是传统一次性塑料最好取代品。虽然 PBAT 在使用过程中表现出良好的强度和柔韧性，但是也面临着价格高和模量低（刚性差）的缺点。而在生物复合材料的开发中使用生物资源材料作为填料是提高模量、降低最终产品成本，同时保持生态友好属性的有效途径。故使用生物资源材料作为填料来使 PBAT 实现低成本、高模量以及保持生物可降解的产品使用。
研究内容：
本研究研究了粗麻纤维生产过程的副产品大麻粉 (HP) 作为 PBAT 树脂生产生物复合材料的功能添加剂。采用工业相关、连续、可伸缩的挤压工艺来有效地分散 PBAT 中的HP。并且使用马来酸酐（MA）接枝的 PBAT (mPBAT) 通过过氧化物引发的反应性挤压过程产生，并作为 PBAT-HP 生物复合材料的功能添加剂。
主要研究结果：
1、生物复合材料的机械性能
使用 HP作为填料后的生物复合材料的断裂伸长率随着 HP含量的增加而减小，抗拉强度、拉伸模量以及韧性随着 HP含量的增加均增加。同时随着 HP含量的增加应力增加而应变减小，热偏转温度也随着HP含量的增加而增加。在使用mPBAT后的生物复合材料的机械性能大于未使用mPBAT的，只是热偏转温度略微下降。
2、生物复合材料的熔体流变特性
与 PBAT-10HP 相比，使用 mPBAT 的 PBAT-10 HP 的复数粘度、存储和损失模量均有所增强。这表明更好的相容性和界面相互作用导致更高的复数粘度、存储和损失模量。然而，HP 含量超过20 wt % 之后 PBAT-HP 的复数粘度、存储模量和损失模量超过同等 HP 含量的 PBAT-HP-M，这是因为耦合效应引起了灵活性，从而降低了复数粘度、存储模量和损失模量。
3、生物复合材料的断面形貌
SEM结果表明使用 mPBAT 后 HP 与 PBAT 具有更好的相容性，HP 在 PBAT 中分散更加均匀,界面粘附更加紧密。
4、生物复合材料的凝胶测试
测定了使用和不使用mPBAT的索氏提取样品的凝胶含量以及13C固态核磁共振，结果表明未使用 mPBAT 的生物复合材料未形成凝胶，而使用 mPBAT 的生物复合材料的凝胶含量随着 HP 含量的增加而增加。进一步证实了使用 mPBAT 的生物复合材料的界面粘附更加紧密。
研究结论：
通过挤压和注塑工艺，成功开发了环保、柔性、耐热、机械强麻粉(HP)填充的PBAT生物复合材料。PBAT与MA的反应性挤压改性及其在生物复合材料中的加入，显著提高了含40 wt% HP的生物复合材料的抗拉强度（提高了209%）。在高填充PBAT（20-40 wt%）HP的情况下，与未相容的PBAT-HP生物复合材料相比，添加 mPBAT 增容剂后的 PBATP-HP在断裂伸长率（63-172%）、抗冲击性（～90 %）和韧性（～300 %）方面有显著改善。显微镜分析和凝胶含量证实了界面粘附，是提高了所开发的生物复合材料的抗拉强度、断裂相对伸长率和整体韧性的原因。此外，在加入40 wt%HP后，PBAT的热偏转温度从39 ◦C(纯PBAT)提高到93 ◦C。这在需要高温下尺寸稳定性的应用（例如使用热饮杯）中至关重要。流变学分析表明，mPBAT的存在降低了复合粘度，因为其塑化效应有利于熔体加工。总的来说，所开发的生物复合材料可以成功地应用于一次性塑料空间的可持续替代方案，其中需要高温尺寸稳定性、低成本和生物降解。这归因于HP的廉价、精细的颗粒形态和可降解特性，这将使PBAT有利。
参考文献：
Arvind Gupta , Bansri Chudasama , Boon Peng Chang , Tizazu Mekonnen * ,Robust and sustainable PBAT–Hemp residue biocomposites: Reactive extrusion compatibilization and fabrication.Composites Science and Technology,2021,215.
DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109014
