近日發(fā)表在Polymers雜志上的一項(xiàng)研究表明世界上種植最廣泛的作物之一小麥中開發(fā)生物復(fù)合材料具有一定可行性,，本文將會(huì)帶你了解什么是生物復(fù)合材料,，為什么小麥適合用于生物復(fù)合材料。

生物復(fù)合材料由天然材料制成,，而不是像碳纖維,、玻璃纖維或環(huán)氧樹脂等屬于合成材料。生物復(fù)合材料比合成材料更具可持續(xù)性,，它們不需要化石燃料密集型制造工藝,，無(wú)須采用苛刻的化學(xué)試劑，并且是一次性的,。它們的生物可降解性使它們能夠在生命結(jié)束時(shí)進(jìn)行堆肥,。它們的機(jī)械性能與合成替代品相當(dāng)。

生物復(fù)合材料可以從許多自然來源制造,。大麻,、羊毛、絲綢,、竹子,、頭發(fā)和亞麻纖維可以從不同的植物和動(dòng)物來源獲得。橡膠和聚酯是常用的天然基質(zhì)材料,。由于質(zhì)量,、數(shù)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(zhì)如厚度、水溶性和密度各不相同,。

此外,，植物衍生材料的化學(xué)和物理性質(zhì)（如結(jié)晶度和聚合度）的變化使其適合生物復(fù)合材料研究。由于其優(yōu)越的可持續(xù)性,，生物復(fù)合材料也被稱為綠色復(fù)合材料,。

生物復(fù)合材料的潛在用途

由于生物復(fù)合材料具有生物相容性、無(wú)毒性和可處置性,，生物復(fù)合材料在多種行業(yè)中均顯示出了潛力,。

作為醫(yī)療器械、家具,、建筑材料,、包裝和絕緣材料，生物復(fù)合材料成為研究的重點(diǎn),。這些有機(jī)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(tài)的材料,，為環(huán)境可持續(xù)性創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。

為何小麥?zhǔn)巧飶?fù)合材料有吸引力替代品

小麥?zhǔn)且环N廉價(jià),、廣泛種植的作物,。有許多元素使小麥成為生物復(fù)合材料研究的一個(gè)有吸引力的目標(biāo)：小麥面筋、淀粉和纖維都具有機(jī)械和物理特性,，這使它們對(duì)全球生物聚合物工業(yè)至關(guān)重要,。

天然小麥淀粉

小麥纖維因基質(zhì)不同而具有熱性能和機(jī)械性能,，面筋可生物降解、無(wú)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伸長(zhǎng)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(qiáng)填料,。

大量的小麥及其在食品和生物燃料工業(yè)中的利用也造成了大量浪費(fèi)。這使得小麥副產(chǎn)品成為一種廉價(jià),、無(wú)毒,、可持續(xù)、可再生的重要復(fù)合材料來源,。

小麥生物復(fù)合材料的制備

生物復(fù)合材料是通過使用天然木質(zhì)素纖維增強(qiáng)高分子聚合物制成的,。增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能取決于四個(gè)因素：纖維類型、含量/負(fù)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(chǎn)品是通過擠壓、壓縮成型或鑄造生產(chǎn)的,。親水增塑劑的加入對(duì)薄膜的柔韌性和熱處理至關(guān)重要，并導(dǎo)致機(jī)械性能的變化,。此外,，向生物復(fù)合材料中添加蛋白質(zhì)也可提高機(jī)械性能。

基于生物聚合物的小麥淀粉的形態(tài) (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(jīng)對(duì)小麥生物復(fù)合材料進(jìn)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(shù)已被探索用于制造這些重要的生物材料,。基于小麥增強(qiáng)不同基體如天然橡膠,、改性馬鈴薯淀粉,、聚乳酸（PLA）和聚酯樹脂的生物復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)行了探索，研究發(fā)現(xiàn)使用PLA可產(chǎn)生最高的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量,。

此外,，部分研究人員還探索了將小麥纖維摻入小麥面筋中。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(fù)合材料的機(jī)械性能。目前已有大量研究都證明了小麥生物復(fù)合材料適合制造堅(jiān)固,、可持續(xù),、自然衍生的材料。

未來發(fā)展趨勢(shì)

大量的塑料和合成材料給人類帶來了巨大的挑戰(zhàn),。它們?cè)斐纱笠?guī)模環(huán)境破壞,，造成了海洋環(huán)境污染以及周邊數(shù)之不盡的垃圾填埋場(chǎng)。此外,，它們制造過程中產(chǎn)生的排放對(duì)全球變暖有重大影響,。

生物復(fù)合材料提供了一種替代方案，可創(chuàng)造真正可持續(xù)的包裝,、建筑材料和其他商業(yè)和工業(yè)上重要的產(chǎn)品,。

由于來自大量農(nóng)作物和無(wú)毒副產(chǎn)品，小麥生物復(fù)合材料為材料行業(yè)提供了機(jī)會(huì),。然而,，如果它們要在不久的將來真正具有商業(yè)可行性，就需要對(duì)這些材料進(jìn)行更多的研究,。