可持续纤维素生物纳米复合材料机械刚度的畴结构与界面控制

源自大豆分离蛋白的可再生和可生物降解塑料为传统石油基塑料提供了一种有前景的替代方案，特别是对于塑料袋等薄膜级生物塑料应用。然而，即使有纤维素纳米晶体的增强，其包括刚度在内的机械性能仍落后于石油基塑料。为了寻找改善 CNC 增强的 SPI 复合材料的途径，我们通过使用均质化模型解释实验数据研究了增硬机制，该模型考虑了 CNC 团聚和 CNC/SPI 界面的形成。为了模拟用聚多巴胺对 CNC 进行表面改性的效果，我们纳入了两个关键机制：增强的 CNC 分散性和改性的 CNC-SPI 界面相互作用。模型考虑了围绕 CNC 的界面相，这些界面相源于与 polyDOPA 改性的 CNC 表面的物理化学相互作用。与 polyDOPA 改性通过增加 CNC 的空间分布和基质-填料相互作用来增强机械性能的实验观察相一致，结果表明，改善的分散性和界面键合有助于提高复合材料的刚度。结果突出了可生物降解的 CNC/SPI 生物纳米复合材料作为可持续塑料替代品的潜力，并提出了进一步增强其机械性能的途径。