目前，大多數食品包裝材料由石油基、不可降解的熱塑性塑料制成，其廣泛應用可能造成嚴重環境問題，開發生物基材料以取代傳統的塑料包裝材料引起了廣大研究人員的興趣。紙基材料因其生物降解性、低重量性、可再生性、食品安全性、可回收性和環保性，在食品包裝領域顯示出至關重要的應用價值。然而，傳統紙張由天然纖維素纖維制成，具有豐富的親水性羥基，纖維之間呈現高度多孔的結構，導致其防水和耐油性能差，顯著限制了其在食品包裝領域的廣泛應用。鑒于此，研究構建高度防水防油的包裝紙對食品包裝行業具有重要意義。
為開發綠色環保且能滿足食品包裝需求的紙基包裝材料，華南農業大學材料與能源學院楊卓鴻教授和胡洋副教授帶領的生物基功能高分子材料研究團隊與中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所楊子明研究員所在團隊相互合作，在構建超疏水涂層紙方面取得了新進展，開發了基于纖維素納米晶、丙烯酸松香、殼聚糖構建的生物基Pickering乳液涂料，協同疏水性納米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷，通過浸涂和噴涂的方式在紙張表面進行涂布，高效構建了具有微納米分層結構的仿荷葉超疏水涂層紙（PE&SP-CP），該涂層紙表現出優異的超疏水性、阻油性、自清潔性和機械性能，同時還具備良好的生物降解性、可回收性和重復使用性，在液體和油炸等食品的包裝領域中表現出很大的應用潛力。
相關研究成果以“Chitosan/acrylic rosin-based superhydrophobic coatings inspired by Pickering emulsion template and lotus leaf surface structure for paper-based food packaging”為題在國際知名期刊International Journal of Biological Macromolecules（中科院Top期刊，IF 2025 = 8.5）上發表。論文的共同第一作者為團隊2023級碩士研究生陸曼芝和2022級碩士研究生魯盼，通訊作者為胡洋副教授、楊卓鴻教授和楊子明研究員，研究得到了廣東省科技計劃、紙漿和造紙工程國家重點實驗室、國家重點研發計劃和中國熱帶農業科學院科技創新團隊等項目的支持。該研究將全生物基的Pickering乳液與疏水性二氧化硅相結合，有效構建具有仿荷葉表面結構的耐油、自清潔、防污、可回收、可生物降解的超疏水涂層紙，為紙基材料在食品包裝領域的應用提供了新的參考思路。
圖1 具有微/納米分層表面結構的超疏水PE&SP-CP紙的制備示意圖。
圖 2 Pickering乳液的（a）顯微照片和（b）粒徑分布;（c）由吖啶橙染色的CNC制成的 Pickering 乳液的激光共聚焦圖像。圖（a）中的插圖是Pickering乳液的數碼照片。
圖 3（a）U-CP、（c）PE-CP和（e）PE&SP-CP涂布紙的表面SEM圖像；（b）U-CP、（d）PE-CP和（f）PE&SP-CP涂布紙的橫截面SEM圖像。
圖 4 （a）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布紙的WCA值；（b）U-CP和PE&SP-CP涂布紙的紙船漂浮試驗；（c）各種液體食品在PE&SP-CP涂布紙表面的接觸角；（d）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布紙的WVP值。
圖 5 U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布紙的（a）防污性和（b）自清潔性；U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布紙的（c）防油等級和（d）油接觸角；（e）U-CP 和 PE&SP-CP 涂布紙的耐熱油測試。
圖 6 （a）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布紙的干濕拉伸性能；（b）PE-CP 和 PE&SP-CP 涂布紙磨損試驗后的 WCA 值；（c）U-CP 和 PE&SP-CP涂布紙經土壤掩埋后的外觀照片。
圖 7 （a）PE&SP-CP紙杯在盛放水、雪碧、茶、牛奶、咖啡上的應用；（b）商用紙杯和 PE&SP-CP 紙杯中液體的殘留圖片；（c）各種液體的殘余率；和（d）使用 PE&SP-CP紙盛放炸薯條和龜苓膏果凍的圖片。
圖 8 （a）涂層紙的回收過程；（b）PE&SP-CP 涂層紙（b1）和去涂層紙（b2）的光學顯微鏡圖像；（c）PE&SP-CP涂層紙、去涂層紙和再生紙的FTIR光譜；（d）原始濾紙（d1）和再造紙（d2）的光學顯微鏡圖像。
綜上所述，該團隊受荷葉微納米粗糙結構的啟發，通過Pickering 乳液模板并噴涂疏水納米二氧化硅，成功構建了一種具有仿荷葉表面結構的可生物降解、防油防污的超疏水涂層紙。在涂層紙結構中，微米級的丙烯酸松香微球鑲嵌并固定在以殼聚糖為涂膜基質的涂層中，疏水納米二氧化硅通過聚二甲基硅氧烷黏附在乳液涂層表面，形成仿荷葉的微納米分層結構，通過氣墊的形成和Cassie狀態，實現超疏水表面效應，對多種液體具有顯著的排斥性，能夠滿足食品包裝疏水防油等要求。該研究工作為應用于食品包裝領域的超疏水紙基材料的開發提供了一定的理論和實踐基礎。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.142375
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