近日，南方科技大学材料科学与工程系2020级本科生王皓昊和胡云鹏等人，分别第一、二作者身份在美国化学会旗下表面与界面科学领域国际著名期刊《Langmuir》上发表了题为“Water-Soluble PVA-Based Composite Films for Environmental Friendly and Sustainable Packaging”（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.langmuir.5c00876）的研究论文。论文第一作者王皓昊同学目前在加拿大阿尔伯塔大学攻读博士学位，第二作者胡云鹏同学则推免我系孙大陟课题组攻读硕士研究生学位。论文研究的重点是开发一种新型的聚乙烯醇（PVA）复合薄膜，通过加入亲水气相纳米二氧化硅和微纤化纤维素（MFC）来显著提升薄膜的力学性能、疏水性以及环境适应性，为可持续包装材料的开发提供了创新的解决方案。

图一、发表论文首页截图

随着全球环保问题日益严峻，传统塑料包装材料因无法在自然环境中降解而造成了巨大的生态负担，尤其是石油基塑料的使用已成为环境污染的主要来源。近年来，随着对环境友好材料需求的增加，生物降解材料的研究逐渐成为包装行业的重要方向。聚乙烯醇因其优良的生物降解性、无毒性和透明性，被广泛应用于食品包装、药物传递及生物医学领域。然而，纯PVA薄膜的力学性能较差，且具有较强的亲水性，容易在湿润环境中吸水膨胀甚至断裂，从而限制了其在包装材料中的应用。

为了克服这些限制，研究团队提出了将亲水气相纳米二氧化硅和微纤化纤维素引入PVA中，形成复合薄膜。亲水气相纳米二氧化硅作为一种无机物质，具有优异的机械强化作用，而MFC则通过其纤维网状结构增强了薄膜的物理强度和稳定性。通过这两种添加剂的协同作用，复合薄膜不仅在力学性能上得到了显著提升，同时其表面亲水性也大大降低，从而增强了薄膜的耐湿性和抗氧化能力。

图二、 PVA 复合薄膜的结构

在实验中，研究团队采用浇铸法制备了不同配比的复合薄膜，并对其透明度、力学强度、亲水性和抗湿性等性能进行了详细测试。测试结果表明，加入5% MFC和3%亲水气相纳米二氧化硅的复合薄膜在各项性能上表现最佳，抗拉强度提高了71.1%，杨氏模量提升了146%，而且水接触角达到了90.3°，显示出明显的疏水性增强。相比之下，纯PVA薄膜的抗拉强度仅为8.1 MPa，杨氏模量为109.7 MPa，表现出了较差的机械性能。

图三、 PVA 复合薄膜的表征

该研究的另一个亮点是实际包装性能的提升。在食品包装实验中，研究人员将苹果切块分别用纯PVA薄膜和复合薄膜进行包装，结果表明，复合薄膜包装的苹果在24小时内几乎没有发生氧化，而使用纯PVA薄膜包装的苹果在24小时内就出现了明显的氧化。该实验结果验证了复合薄膜在防止氧化、延长食品保鲜期方面的优越性。

图四、 PVA 复合薄膜的性能测试

这项研究的意义不仅在于开发了一种新型的可降解包装材料，还为提升生物基聚合物的性能提供了有价值的思路。复合薄膜的成功应用为食品包装、药物传递、电子产品保护等领域提供了新的选择，同时也为其他领域的绿色环保材料研究开辟了新的方向。此外，随着对环境问题日益重视，该研究为推动包装材料的绿色发展，减少塑料污染提供了切实可行的解决方案。

水溶性PVA基复合薄膜通过优化复合材料的配比，显著改善了材料的力学性能、疏水性以及氧气屏障性能，为实际的包装应用提供了更为有效的环保替代品。这一成果为未来开发更多高性能、环保且可降解的包装材料奠定了基础，并有望推动可持续包装技术的进一步发展。

在本项研究中，我系本科生展现出卓越的科研潜力。我们诚挚期待更多怀揣材料梦想的优秀学子加入，与南科大材料人共同探索绿色材料的无限可能！

审核/卢周广、孙大陟

资料/孙大陟课题组