近日发表在polymers杂志上的一项研究表明世界上种植最广泛的作物之一小麦中开发生物复合材料具有一定可行性，本文将会带你了解什么是生物复合材料，为什么小麦适合用于生物复合材料。
什么是生物复合材料？
生物复合材料由天然材料制成，而不是像碳纤维、玻璃纤维或环氧树脂等属于合成材料。生物复合材料比合成材料更具有可持续性，它们不需要化石燃料密集型制造工艺，无须采用苛刻的化学试剂，并且是一次性的。它们的生物可将解性使它们能够在生命结束时进行推肥。它们的机械性能与合成替代品相当。
生物复合材料可以从许多自然来源制造。大麻、羊毛、丝绸、竹子、头发和亚麻纤维可以从不同的植物和动物来源获得。橡胶和聚酯是常用的天然基质材料。由于质量、数量和可用性，植物是生物聚合物最有用的来源。然而，植物材料的物理性质如厚度、水溶性和密度各不相同。
此外，植物衍生材料的化学和物理性质（如结晶度和聚合度）的变化使其适合生物复合材料研究。由于其优越的可持续性，生物复合材料也被称为绿色复合材料。
生物复合材料的潜在用途
由于生物复合材料具有生物相容性、无毒性和可处置性、生物复合材料在多种行业中均显示出了潜力。
作为医疗器械、家具、建筑材料、包装和绝缘材料，生物复合材料成为研究的重点。这些有机衍生材料通过替代世界各地普遍使用的人造塑料和其他破坏生态的材料，为环境可持续性创造了巨大的机会。
为何小麦是生物复合材料有吸引力替代品
小麦是一种廉价、广泛种植的作物。有许多元素使小麦成为生物复合材料研究的一个有吸引力的目标：小麦面筋、淀粉和纤维都具有机械和物理性，这使它们对全球生物聚合物工业至关重要。
天然小麦淀粉
小麦纤维因基质不同而具有热性能和机械性能，面筋可生物降解、无毒、有弹性且不溶于水。甘油增加了小麦薄膜的水蒸气渗透性和延长率。小麦淀粉用作生物聚合物膜，小麦纤维可用作材料基体的增强填料。
大量的小麦及其在食品和生物燃料工业中的利用也造成了大量浪费。这使得小麦副产品成为一种廉价、无毒、可持续、可再生的重要复合材料来源。
小麦生物复合材料的制备
生物复合材料是通过使用天然木质素纤维增强高分子聚合物制成的。增强纤维复合材料的力学性能取决于四个因素：纤维类型、含量/负载、取向和分散以及纤维与聚合物基体之间的粘附力。
基于小麦面筋的产品是通过挤压、压缩成型或铸造生产的。亲水增塑剂的加入对薄膜的柔韧性和热处理至关重要，并导致机械性能的变化。此外，向生物复合材料中添加蛋白质也可提高机械性能。
基于生物聚合物的小麦淀粉的形态（A-C）分别代表含有0、20和50%甘油的小麦淀粉生物聚合物表面，而（D-F）代表含有0、20和50%甘油的小麦淀粉生物聚合物横截面
目前已经对小麦生物复合材料进行了许多研究。诸如混合和压缩成型、溶液浇铸、挤出和注射成型等技术已被探索用于制造这些重要的生物材料。基于小麦增强不同基体如天然橡胶、改性马铃薯淀粉、聚乳酸（PLA）和聚酯树脂的生物复合材料已经进行了探索，研究发现使用PLA可产生最高的拉伸强度和拉伸模量。
此外，部分研究人员还探索了将小麦纤维渗入小麦面筋中。这些纤维是通过冲击球磨、研磨和铣削制备的。加入11.1%的冲击或切割磨碎小麦纤维和1.2%的球磨纤维，可提高生物复合材料的机械性能。目前已有大量研究都证明了小麦生物复合材料适合制造坚固、可持续、自然衍生的材料。
未来发展趋势
大量的塑料和合成材料给人类带来了巨大的挑战。它们造成大规模环境破坏，造成了海洋环境污染以及周边数之不尽的垃圾填埋场。此外，它们制造过程中产生的排放对全球变暖有重大影响。
生物复合材料提供了一种替代方案，可制造真正可持续的包装、建筑材料和其他商业和工业上重要的产品。
由于来自大量农作物和无毒副产品，小麦生物复合材料为材料行业提供了机会。然而，如果它们要在不久的将来真正具有商业可行性，就需要对这些材料进行更多研究。
来源：碳纤维及其复合材料技术公众号
