竹粉作为一种来源广泛、可再生、可生物降解的天然植物纤维填料，在印刷包装用生物降解材料中展现出巨大的应用潜力。本文介绍了竹粉的特性及其改性处理方式，详细分析了竹粉的改性对印刷包装用生物降解材料性能的影响，为竹粉更好的在印刷包装用生物降解材料中实现应用提供了重要参考。

近年来，竹粉作为一种新型节能环保材料，其应用受到了广泛关注，随着“以竹代塑”倡议和《加快“以竹代塑”发展三年行动计划》等政策性文件的颁布，在包装领域开发和应用竹粉材料已经成为研究热点。

竹粉简介

1.竹粉来源及其主要成分

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，属填充助剂类。竹材经加工后约30%的废料可转化为竹粉使用，竹粉作为一种重要的生物质填充材料，广泛应用于日用、农业、工业赋形剂等领域，兼具环保和经济效益。

竹粉的主要成分包括纤维素、木质素和半纤维素等有机成分，同时还含有灰分、蛋白质、脂类、果胶等多种成分。福建省林业科学研究院研究发现，以3年生毛竹材为原料，竹粉中纤维素占37.3%，木质素占24.5%。我国作为竹材种类、面积、产量均居世界首位的“竹子大国”，开发竹材资源充分利用的新方法迫在眉睫。

2.竹粉的物理形态特性

（1）形态：竹粉颗粒通常呈细长纤维状，平均长度为0.61mm，集中分布在0.1～0.7mm区间，平均宽度为136μm，集中分布在20～220μm区间，这表明竹粉具有较大的长径比，其能够在复合材料中能起到类似增强纤维的作用。

（2）粒径与比表面积：竹粉粒径范围可从几十目到几百目。粒径越小，比表面积越大，与基体树脂的接触面积也越大，理论上有利于界面结合，但过细的分体也更容易团聚，即竹粉物理化学性质与应用性能高度依赖于粒度分布，因此，结合竹粉应用领域和粒度分布将其分为4类：粗竹粉、细竹粉、微竹粉、超微竹粉。

（3）亲水性：竹粉由于富含极性集团（羟基、羧基等），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，是制约其应用的关键问题。

（4）热稳定性：竹粉初始分解温度约200～250℃，最大分解速率温度为300～350℃，残炭率15%～25%，热分解温度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挑战。

3.竹粉的可降解特性和其在印刷包装用可降解材料中的再利用价值

竹粉的主要成分有纤维素、半纤维素和木质素。这些都是天然高分子聚合物，自然界广泛存在的各种微生物可以通过代谢作用，将这些大分子分解为小分子，最终彻底转化为二氧化碳，水和腐殖质。竹粉降解机理包括4个阶段：初期崩解、酶促水解、木质素降解和最终代谢。这一复杂的生物化学过程使竹粉能够在自然环境中进行有效降解，并最终分解为无害物质。

研究表明，竹粉中含有的一些成分是高质的可降解材料原料，广泛应用于环保材料、填充助剂、工业原材料等多种领域。通过对竹粉这种“废弃物”的再利用，将其创造性地应用于印刷包装中，可实现资源价值利用的极致化，从而更好的推进循环经济的发展。

竹粉与传统填充料的性能对比

相对于常用的无机与有机填充料，竹粉在印刷包装材料中展现出综合优势：

1）密度优势：竹粉的振实密度远低于钙粉、滑石粉，这有效降低了复合材料重量，从而减少运输能耗。

2）复合性能：竹粉孔隙丰富的结构能使其与聚合物基体形成“互锁”结构，同等分量的竹粉提升PBAT复合膜拉伸强度的能力优于淀粉填充材料。

3）加工性：竹粉的淀粉含量高，使其熔融流动性好，无需特殊高端设备即可加工，对设备的磨损也比较小。

但竹粉存在亲水性强的短板，未改性竹粉填充膜的吸水率可达8%～12%，所以需要通过表面改性改善其界面相容性。

改性竹粉在生物可降解材料中的应用研究进展

由于竹粉的纤维素中含有大量亲水性基团，使其与一些疏水性的材料结合时，呈现较差的界面结合性，从而对使用它制备出的复合材料的力学强度降低。可以使用不同的物质或方法对竹粉进行改性，进而对一些复合材料进行相关的研究。

1.竹粉的改性处理

（1）使用聚乙烯蜡接枝马来酸酐（PEWg-MAH）后，竹粉表面的羟基与PEW-g-MAH中的羧基发生酯化反应，使PEW-g-MAH成功地包覆于竹粉表面。PEW-g-MAH比竹粉的热稳定性高，使PEW-g-MAH改性后的竹粉的热稳定性有所提高。

（2）使用溶液聚合和乳液原位聚合的方法，通过将竹纤维分散在甲醇溶液或水乳液中，加入醋酸乙烯（VAc）单体和引发剂，在一定的温度下用VAc对竹纤维进行原位聚合改性，从而提高了其与其他材料的界面作用力。

（3）竹粉经机械活化强化偶联改性后，由于竹粉中的竹纤维与聚氯乙烯（PVC）结合形成桥联结构，竹纤维表面的羟基被硅烷包裹，改善了竹粉与PVC之间的相容性。竹粉改性处理方法及结果如表1所示。

2.关于竹粉改性对生物降解材料性能的影响研究

（1）聚乳酸类降解材料

聚乳酸（PLA）这种以玉米、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较好的生物降解性能、可堆肥性，这一特性使其得到研究人员的广泛关注。不过，PLA本身存在一定短板，比如脆性大、疏水性不佳、结晶速度迟缓，同时耐热性也处于较低水平，使这种材料在使用和推广时受到严重限制，因此，研究人员希望通过改性的方式改善PLA塑料的缺点并提高其优异性能。

竹粉竹纤维的物理、力学与耐热表现，成为复合材料领域的研究热点。因兼具优异的物理、机械与热性能，且具备高强度、轻量化的特点，竹纤维既获得了材料领域研究者的广泛关注，也成为工业应用场景中的热门选择。

吴珊等研究者通过使用熔融共混法，探究竹粉中不同质量分数的竹纤维（BF）对聚乳酸的改性和对BF/PLA复合材料性能的影响，为聚乳酸相关材料研究提供了方向。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。

在此研究中，当木聚糖酶使用的质量浓度到达3mg/L时，酶催化改性竹粉/PLA复合材料表现出最佳的综合性能，如表2所示。

（2）聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）

PBAT是一种可完全生物降解的热塑性高分子材料，是一种半结晶型聚合物。其具有高韧性、较好的耐热性和抗冲击性能，易成型加工。通过技术优化，PBAT同时具备脂肪族聚酯卓越的降解能力与芳香族聚酯优异的力学特性，有效兼顾材料的环境适应性与结构稳定性。PBAT是全生物降解树脂材料，在适当的自然环境条件下，能够被微生物完全分解成低分子化合物。在理想的堆肥环境中，分解大约需要60～120天。PBAT应用广，可制农用覆膜、快递包装、购物袋等，还可用于医疗用品、药妆包装及农药缓释材料等领域。随着全球环保意识的提高和“禁塑令”等政策的推动，PBAT市场需求持续增长。且热压温度的变化会对PBAT与竹粉复合材料的力学强度大小产生影响，如表3所示。

不同热压温度对PBAT与竹粉复合材料力学性能的具体影响：

1）温度过低（＜180℃）：PBAT未能充分熔融，无法均匀包裹竹粉，界面结合力极弱。拉伸/弯曲强度显著偏低，因外力作用下竹粉易从PBAT基体中脱落，无法形成有效“补强”。冲击强度较差，材料内部存在较多空隙，受力时易沿空隙断裂。

2）温度适宜（190～210℃）：PBAT完全熔融且流动性好，能紧密包裹竹粉，同时竹粉未发生碳化（竹粉热分解起始温度约200℃，此区间内短期热压可耐受）。拉伸/弯曲强度达到峰值，竹粉的刚性与PBAT的韧性形成良好协同，界面应力传递高效。冲击强度处于较高水平，PBAT基体的韧性可缓冲外力，不易脆断。

3）温度过高（＞220℃）：一方面，竹粉发生碳化（表面变黑、结构破坏），失去补强作用；另一方面，PBAT可能发生热降解，分子链断裂，韧性下降。拉伸/弯曲强度大幅下降，碳化竹粉与PBAT界面结合失效，甚至成为“内部缺陷点”。冲击强度骤降，材料变脆，受力时易沿碳化竹粉处直接断裂。

热压温度的波动会显著影响PBAT/竹粉复合材料的力学强度，因此，在优化工艺参数时，必须着重关注该因素。随着热压温度增高，复合材料的力学性能，包括拉伸、弯曲及冲击强度，均表现为先增强后减弱的规律。

（3）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

PBS是一种全生物降解型热塑性聚酯，核心优势是力学性能均衡、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。其由丁二酸和丁二醇通过缩聚反应制得，分子链中含易被微生物分解的酯键，奠定了全降解基础。熔点约为114℃，密度1.26g/cm³，常温下韧性、耐冲击性与聚乙烯（PE）接近，同时具备一定刚性，不易脆裂，综合力学性能优于多数脂肪族聚酯。此外，全周期环保：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（视环境条件而定），契合“禁塑令”对一次性制品的要求。加工友好：可兼容传统塑料加工设备（如注塑、挤出、吹膜机），无需大幅改造生产线，能直接生产薄膜、餐具、管材等多种制品，降低企业转型成本。通过与竹粉、淀粉、PLA等材料共混，可进一步优化刚性、降解速度，从而降低成本，适配不同场景需求。

竹材源于自然生长，其加工过程不产生环境污染。作为一种增强材料，它能有效规避其他有机纤维可能带来的副作用。将其与PBS复合，在维持生物降解性能不受损失的同时，还能提升PBS的机械性能。此外，通过调整共混

比例，可以灵活调控复合材料的降解性能与力学性能。竹粉的不同处理方式对PBS复合材料的性能影响如表4所示。

随着竹粉用量的增加，材料刚性逐渐增大，使得复合材料的弯曲强度提高。然而，由于大量竹粉在复合材料内部发生团聚，易在外力作用下诱发微裂纹并产生应力集中效应，这导致材料的冲击强度下降。

总结与展望

本文系统探讨了竹粉的来源、成分、特性及其在生物可降解材料中的应用与改性路径。竹粉由竹子经物理加工而成，主要成分包含纤维素、半纤维素、木质素等，具有细长纤维状形态、较大长径比、强亲水性及热稳定性不足等特性，同时具备可生物降解的优势。在与传统填充料的性能对比中，竹粉展现出密度低、复合性能优、加工性好的特点，但亲水性强的短板需通过表面改性解决。

图1 PBAT结构式

在竹粉改性研究中，已有PEW-g-MAH改性、VAc原位聚合改性、机械活化强化偶联改性等方法，有效提升了竹粉与聚合物基体的界面相容性及热稳定性等性能。同时，深入探讨了其对PLA、PBAT、PBS等包装用生物降解材料的改性作用。研究说明，酶催化改性竹粉与PLA复合时，木聚糖酶质量浓度达3mg/L时性能最佳；热压温度对PBAT与竹粉复合材料力学性能影响显著，在190～210℃区间性能最优；竹粉用量对PBS复合材料性能也存在规律性影响。

图2 PBS结构式

作为一种来自竹加工废料的再生资源，竹粉具有来源广泛、成本较低和环境兼容性好的优势，在生物可降解材料及印刷包装等领域的应用潜力正逐步显现。未来，相关研究可朝以下几个方向继续深化：一是进一步优化改性工艺，发展更加绿色、高效的表面处理技术，从根本上改善竹粉与疏水性基体的界面结合，提升复合材料整体性能；二是拓展竹粉在新兴领域的应用，如生物医疗、电子器件等高附加值方向，挖掘其更广泛的市场空间；三是推动产业化发展，完善规模化生产工艺，在保证性能的前提下进一步控制成本、提升效率；四是加强降解行为与机制研究，实现对材料降解速率的有效调控，从而更精准地匹配不同应用场景的需求，为绿色材料的创新发展提供支撑。