随着“以竹代塑”倡议的深入推进与全球绿色包装浪潮的兴起，以竹粉为代表的环保型包装材料正逐渐成为人们关注的焦点。竹粉，即以竹子为原料，经过破碎、研磨、筛分等物理加工后得到的粉末状物质，凭借其可再生、可完全生物降解、资源丰富等特性，在印刷包装用生物降解材料中展现出巨大的应用潜力。接下来，小编将系统的介绍竹粉的相关特性、改性方法及其在主流生物降解材料中的应用研究进展。

商品化的竹粉填充包装袋、地膜和育苗袋（图源：文献1）

什么是竹粉？

竹粉，是以竹子为原料，经过破碎、研磨、筛分等物理加工后得到的粉末状物质，属于生物质填充料。竹粉的主要成分包括纤维素（约占37.3%）、木质素（约占24.5%）和半纤维素等天然高分子聚合物，在自然环境中可以被微生物分解为二氧化碳、水和腐殖质，具有优异的可生物降解性。通常，竹粉颗粒呈细长纤维状，具有较大的长径比，平均长度约0.61mm，宽度约136μm，这使其在复合材料中能起到类似增强纤维的作用，相较于其他有机和无机填充材料，竹粉的振实密度更低，能有效降低物流成本；多糖含量高、灰分低，易于与基体材料形成交联，有助于包装材料力学性能提升；淀粉含量高，加工可塑性强；孔隙丰富，渗透性强，可与基体材料形成稳定的互锁结构；加工成本低，无需高端设备与复杂工艺。但由于竹粉表面富含羟基、羧基等极性基团，导致其具有强亲水性，这与大多数疏水性聚合物基体存在本质矛盾，从而在一定程度上限制其应用，因此需要通过表面改性改善其界面相容性。同时，竹粉的初始热分解温度约200-250°C，低于许多熔融加工聚合物的加工温度，这对其在高温加工过程中的稳定性提出了一定的挑战。

竹粉（图源：网络）

竹粉的改性处理

为克服竹粉亲水性强、与聚合物相容性差的短板，研究人员开发了多种表面改性技术，旨在改善其界面结合力与综合性能。主要改性方法包括：

1、改变竹粉添加参数

由于竹粉在充当填料时，能起到类似增强纤维的作用，因此它的尺寸、形态以及含量对复合材料整体的性能强度有显著影响。当竹粉含量低时，它无法在聚合物基体中分布均匀，与聚合物基体的结合较差；竹粉含量增加后，其分散情况良好，界面结合相对改善；竹粉含量过高后，因为团聚导致应力集中，复合材料的整体性能开始呈现下降趋势。此外，复合材料还会出现聚合物基体无法完全包裹竹粉等问题。

2、热处理

热处理是一种绿色环保的改性方法，通过一定介质对竹纤维进行加热处理来改变其亲水性。三大素（纤维素、半纤维素和木质素）的热解温度相对较低，尤其是半纤维素，其主要热解阶段发生在190-365℃之间。在高温加热下，半纤维素容易大量降解，导致羟基等亲水性基团数量减少，使竹纤维与聚合物基体的界面相容性得到大幅度提升。

3、乙酰化

乙酰化改性导致竹纤维的羟基基团显著减少，极性降低，改善了竹纤维与树脂聚合物之间的界面相容性。此外，乙酰化还会通过占据羟基而导致构象改变，使羟基在半纤维素链之间的氢键作用降低，从而减少半纤维素网络的形成，进一步降低了复合材料的吸水性。

4、竹纤维接枝非极性基团

在竹纤维表面进行接枝共聚处理是一种降低竹纤维极性的常用方法。对于竹纤维而言，对其进行接枝共聚处理，可以在竹纤维表面嫁接非极性基团或其他不同性质的聚合物来达到降低极性的目的。

5、碱处理

改善竹纤维与聚合物基体的界面相容性、提高复合材料的性能，可以通过增加接触面粗糙度来实现。当接触面粗糙度增加，比表面积增加，树脂对竹纤维表面的浸润性提高，有利于界面间的渗透作用以及界面黏附及机械互锁。碱处理可改变竹纤维表面特定的性质，它通过除去纤维素间的杂质，形成更多细微孔隙结构，从而增加纤维表面的粗糙度，增加比表面积。

竹粉在主流生物降解材料中的应用进展

1、聚乳酸（PLA）复合材料

PLA是以玉米、甜菜等农作物为原料，经过一系列操作而形成的高分子聚合物，具有良好的生物降解性、可堆肥性，但存在脆性大、结晶慢、耐热性差等缺点，使其在使用和推广时受到严重限制，而竹粉的加入可以弥补这些不足。

唐维使用酶解法对竹粉进行处理后，将此改性竹粉与PLA进行均匀混合，以此制得酶催化改性竹粉/PLA复合材料，其综合性能表现出色。在未使用酶催化改性的竹粉/PLA复合材料中，PLA与竹粉中的竹纤维没有完全结合，不利于提升复合材料的性能，此时酶催化改性竹粉/PLA复合材料的密度为1.24g/cm³，且拉伸强度较低、压缩性能强度低、弯曲强度低和冲击强度低，随着木聚糖酶使用的质量浓度逐渐升高，此复合材料的性能逐渐提高。当木聚糖酶使用的质量浓度到达3mg/L时，此时复合材料的密度为1.35g/cm³，拉伸性能达到42MPa，压缩强度为2631MPa，弯曲强度为68MPa。其冲击强度为0.83kJ/m²，相较于未使用酶催化改性的竹粉/PLA复合材料的冲击强度提升38.33%。当使用木聚糖酶的质量浓度超过3mg/L时，由于过量的木聚糖酶的存在会破坏竹纤维的结构完整性和阻碍竹纤维中木聚糖的分解，使酶催化改性竹粉/PLA复合材料的各种性能均下降。

PLA、PLA/PBAT及PLA/PBAT/KBP复合材料拉伸性能分析（图源：文献4）

2、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）复合材料

PBS是一种全生物降解型热塑性聚酯，其力学性能均衡、降解性优异且加工适配性强，是目前商业化应用成熟的环保材料之一。它是由丁二酸和丁二醇通过缩聚反应制得的，分子链中含易被微生物分解的酯键，常温下的韧性、耐冲击性与聚乙烯（PE）接近，具备一定刚性，不易脆裂，综合力学性能优于多数脂肪族聚酯。在堆肥、土壤、海水等环境中，可被微生物完全分解为CO₂和水，无有毒残留，降解周期通常为60-180天。与竹粉共混，可以在维持生物降解性能不受损失的同时，提升PBS的机械性能，降低成本。通过调整共混比例，还可以灵活调控复合材料的降解性能与力学性能，适配不同场景需求。

小结

竹粉作为“以竹代塑”战略下的关键生物质填料，通过针对性的改性处理和工艺优化，能够显著提升PLA、PBS等生物降解材料的综合性能，并有效降低成本。尽管在亲水性、热稳定性及界面相容性方面仍面临挑战，但随着改性技术的不断进步和产业化应用的深入，竹粉必将在绿色印刷包装材料领域扮演越来越重要的角色，为构建环境友好的循环经济体系提供强有力的材料支撑。

参考文献：

1、王甜,张淑敏,饶世振,等.竹粉填充料在可降解膜袋中的应用潜力[J].世界竹藤通讯.

2、毛政,王猛,张永桔,等.竹粉在印刷包装用生物降解材料中的应用研究进展[J].智能印刷.

3、肖嘉豪,潘健强,初明霏,等.竹粉/木质素改性环氧树脂复合材料制备及性能[J].热固性树脂.

4、李敏文,黄静旭,李知函,等.PLA/PBAT/竹粉可降解复合材料的制备及性能[J].包装学报.

5、王剑峰.PEW-g-MAH改性竹粉机理研究[J].林产工业.

Alice