综述：生物基聚合物复合材料与纳米复合材料：一种可持续的发展路径 Manuel Burelo, Selene Acosta, Zaira I. Bedolla-Valdez, Juan Alberto Ríos-González, Román López-Sandoval, Armando Encinas, Vladimir Escobar-Barrios, Itzel Gaytán, Thomas Stringer

《Macromol》：Bio-Based Polymer Composites and Nanocomposites: A Sustainable Approach Manuel Burelo, Selene Acosta, Zaira I. Bedolla-Valdez, Juan Alberto Ríos-González, Román López-Sandoval, Armando Encinas, Vladimir Escobar-Barrios, Itzel Gaytán and Thomas Stringer

　　

摘要

基于生物的、可生物降解且可再生的聚合物为传统上从石油或其他不可再生资源中提取的合成聚合物提供了一种有前景的替代品。然而，由于性能不佳和高成本，这些聚合物的应用受到限制。将可持续的增强材料结合到聚合物基体中可以显著提高生物聚合物的性能，同时保持其关键性能、可持续性和成本效益。基于生物的聚合物复合材料已成为一类重要的生物聚合物，在推动可持续循环经济发展中发挥着关键作用。本文综述了基于生物的聚合物复合材料和纳米复合材料，重点介绍了使用天然纳米填料和工程纳米颗粒的增强策略。我们总结了主要的合成和加工方法，讨论了结构与性能之间的关系，并重点介绍了在食品包装、生物医学设备、能源系统、环境修复、3D打印和超级电容器等领域的最新应用进展。聚合物纳米复合材料具有多样性，其性能取决于填料的类型、大小以及填料与聚合物基体之间的相互作用。金属、陶瓷、碳基、天然和混合填料方面的进展改善了这些材料的性能。使用基于生物的聚合物和可再生填料有助于实现可持续性。来自可再生资源和工业副产品的天然纳米填料为开发高性能、可生物降解的纳米复合材料提供了一种可持续的方法。智能纳米复合材料可以通过集成特殊填料对外部刺激作出反应，从而增强其机械性能和流动性。形状记忆纳米复合材料可以通过热、电、磁或光等手段远程激活，从而实现先进的应用。最后，我们指出了主要挑战，并根据循环经济和生命周期评估（LCA）的观点，概述了可扩展的循环材料解决方案的未来发展方向。