生物塑料由从甘蔗、马铃薯淀粉和纤维素等生物来源获得的聚合物组成。生物塑料薄膜在包装、食品安全和消费电子产品等多种应用中的使用减少了对化石燃料的依赖和不可生物降解废物的产生。

在这方面，最近发表在《科学报告》杂志上的一项研究检查了由聚乳酸 (PLA) 和纳米碳酸钙 (nano-CaCO 3 ) 组合制成的生物塑料薄膜的热机械性能。

传统塑料基材料：概述和有害影响

近年来，塑料包装产品的消费量出现了巨大增长。到 2020 年，全球塑料市场估计为 3480.8 亿美元，预计将每年增长。这种预期的年增长是由于农业和医药行业的各种包装应用对塑料的需求迅速增加。

全球人口的不断增长和塑料在众多工业应用中的使用是塑料消费增长的主要原因。然而，过度使用塑料会严重破坏海洋和陆地环境，导致污染和大量水生生物的丧失。

高密度和低密度乙烯、聚苯乙烯 (PS) 和聚丙烯 (PP) 等塑料因其轻便、耐用、强度和可及性而被广泛用于包装目的。

然而，这些塑料来源于石油，它们的广泛使用可能导致化石燃料的灾难性缺乏。此外，由于它们的重量轻，它们可以移动很远的距离，严重污染土地和水。

生物塑料薄膜：传统塑料的可行替代品

由于塑料消费增加和化石资源稀缺，传统塑料产品可能无法满足未来几十年对塑料的需求。因此，正在探索这些问题的替代方案。正在进行大量研究以利用可再生能源生产聚合物。

生化系统可以自发回收由植物油和淀粉等可再生材料制成的生物塑料薄膜。因此，生物塑料薄膜是环保的、可回收的和生物相容的。生物塑料薄膜也是传统石化塑料的可持续替代品，可减少化石燃料的消耗并保护环境。

今天，生物塑料薄膜被用于各种工业应用，包括食品包装、农业和园艺、堆肥袋和医疗保健。

提高生物塑料薄膜的性能

聚乙烯醇 (PVA)、聚碳酸酯和聚乳酸 (PLA) 等聚合物因其丰富且成本低廉而被广泛研究用于生物塑料薄膜的生产。

PLA 尤其是一种重要的生物塑料聚合物，因为它无毒、可堆肥、具有高柔韧性和强度，并且可以用于寿命有限的应用中。然而，PLA 在受热时强度会降低，因为它的耐热性低，这意味着它应该用某些耐热化学品进行加固。

在过去的十年中，研究人员研究了用各种生物基纳米填料增强生物塑料薄膜。这是因为碳基化合物如生物纳米碳酸钙 (nano-CaCO 3 ) 和源自农畜产品的纤维素被认为有望提高生物塑料薄膜的耐热性和机械性能。

当前研究的亮点和主要发展

在这项研究中，研究人员使用聚乳酸和生物纳米碳酸钙 (nano-CaCO 3 ) 的混合物来有效地生成创新的生物塑料薄膜。使用简单的溶剂浇铸方法来制造具有各种纳米 CaCO 3浓度的生物塑料薄膜。

该研究着眼于官能团、导热性和生物降解的构象修饰，这些薄膜具有热依赖性机械特性，包括刚度、储能弹性和损耗模量。

研究结果表明，添加纳米 CaCO 3可改善具有温度依赖性机械特性的生物塑料薄膜的热性能和分解。由原子转移引起的界面粘附减缓了温度变化的影响，从而获得更好的热和机械特性。

在整合纳米CaCO 3后，检测到所生产的生物塑料薄膜的官能团中存在最小的构象修饰。这种性能归因于天然衍生的聚合物基质 (PLA) 和纳米填料 (nano-CaCO 3 ) 的适用性。

尽管所有含有纳米CaCO 3的生物塑料薄膜都表现出比纯化的聚乳酸薄膜更好的质量，但具有1 wt%纳米CaCO 3浓度的生物塑料薄膜表现出最佳的耐热性能。这些增强的品质意味着本研究中开发的含有纳米 CaCO 3的 PLA 基生物塑料薄膜可以在包括包装、药物输送和食品安全在内的各个领域找到用途。