近日，材料學院張雙保教授課題組在材料科學領域一區Top期刊《Composites Part B: Engineering》（影響因子：12.7）上發表論文“Engineering strong and tough wood fiber/polyhydroxybutyrate bio-composite: Synergistic modification, performance optimization, and mechanistic insights”。
隨著石油基資源日益枯竭和“白色污染”問題日益嚴峻，可生物降解塑料聚羥基丁酸酯 (PHB) 作為一種極具潛力的綠色替代品，備受矚目。然而，其高昂的成本和固有的脆性限制了它的廣泛應用。采用植物纖維增強PHB基復合材料雖能有效降低成本并提高強度，但由此產生的界面相容性問題以及植物纖維在改善PHB脆性方面的局限性仍不容忽視。因此，兼顧強度與韌性提升，是拓展PHB基生物復合材料應用前景的關鍵挑戰之一。
據此，張雙保教授團隊提出了一種基于協同效應的PHB基木塑復合材料改性策略。該策略巧妙地利用聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 生物基聚酯的高韌性特點作為增韌組分；同時引入馬來酸酐接枝聚羥基丁酸酯 (PHB-g-MA) 作為界面相容劑，以增強各組分間的相互作用。本研究成功構建了基于PHB-g-MA與PBS協同作用的WF/PHB生物基復合材料及其性能優化數值模型，并在此基礎上探索了可定制化的性能優化策略。此外，研究團隊還結合多尺度表征及分子模擬等先進手段，深入探究了PHB-g-MA和PBS在多相體系中的相互作用機制，揭示了二者協同改性構效的深層機理，為高性能生物基復合材料的可持續發展提供了重要的理論指導與技術支撐。
實驗結果表明，采用最優配方制備的PHB基木塑復合材料強度和韌性均得到顯著提升，其中靜曲強度、彎曲韌性、拉伸強度、斷裂伸長率和抗沖擊強度分別提高了 25.6 %、165.6 %、22.4 %、110.8 % 和 210.7 %；
此外，該策略還顯著改善了復合材料的耐水性、動態彈性、熱穩定性以及熔融加工性能。
這項研究為經濟高效開發PHB基生物復合材料提供了一種靈活的發展思路，有望推動其在環保包裝、汽車內飾、增材制造、綠色建筑和生物醫學等領域的廣泛應用，為應對全球環境挑戰，助力可持續發展貢獻力量。
材料學院陳政豪博士為該論文第一作者，張雙保教授為通訊作者，美國華盛頓州立大學李輝博士為共同通訊作者，北京林業大學為第一完成單位。
該研究工作得到了國家自然科學基金（32171707）、北京市自然科學基金（6202024）、國家留學基金委（202206510012）等資助與支持。
