近日，加拿大拉瓦尔大学（Laval University）的研究人员开发出一种由聚羟基脂肪酸酯（PHA）表面层以及聚乳酸（PLA）和纤维素微纤维（CMF）夹层组成的新型生物基聚合物夹层结构复合材料，可用于建造建筑围护结构。

建筑围护结构是建筑结构的重要组成部分，可保护居住者免受外部环境影响，包括阳光、雨、雪、风和污染。这种多层无源元件对于能源效率以及维持建筑物内居民的健康和舒适度具有重要意义。漏风、传热和湿气扩散过程会对建筑围护结构产生显着影响。例如，在寒冷的气候下，建筑物内部的水蒸气质量浓度高于外部，导致湿气通过建筑物墙壁迁移。

因此，扩散的湿气会促进霉菌生长，降低隔热效果并导致建筑围护结构材料恶化。目前，建筑行业使用了多种阻隔膜，包括塑料薄膜和硬质泡沫隔热材料。在这些材料中，聚合物越来越多地用于建造围护结构。材料科学家使用聚乙烯挤出片材作为重要的蒸汽屏障膜；然而，其过度使用对环境有害。

研究人员先用生物基材料开发了一种新型夹层结构隔膜，并将PHA（具有优异的水蒸气阻隔性能）添加到膜的表层，再使用PHA片材表面层与CMF增强的PLA复合材料中间层通过压缩成型技术制备出多层复合材料。研究人员进一步通过溶胶-凝胶工艺对CMF进行化学改性，以提高天然增强材料与聚合物基体之间的相容性。改性后的CMF表现出高度疏水特性且均匀分散在PLA基体中。

科学家们对所制备的夹层复合材料的形态、热稳定性、机械性能和蒸汽阻隔性能进行了表征。 然后他们进行了耐久性测试，以研究加速老化对材料机械和阻隔性能的影响。

热重分析结果表明，改性CMF增强的夹层复合材料具有更好的热稳定性。在机械性能方面，将天然增强材料掺入三明治复合材料中，提高了材料的拉伸模量和强度。夹层复合材料的水蒸气渗透率随着未处理纤维的添加而增加；然而，改性CMF增强的复合材料表现出优于未处理CMF的阻隔性能。此外，耐久性测试结果表明，未经CMF增强的复合材料在加速老化后力学性能和阻隔性能下降，而改性CMF增强复合材料的变化最小。

综上所述，将生物聚合物(PHA和PLA)与溶胶-凝胶改性纤维一起集成到三明治结构的膜中，为建筑围护结构中屏障膜的制造提供了一个有前途的解决方案。这一成功标志着生物聚合物作为传统石油基材料在建筑应用中的替代品的潜力。此外，可以进一步研究制备的生物基膜在其使用寿命后的生物降解性，并制定有效的废物管理策略。同时，还需要进一步的研究来提高这些复合材料的灵活性，使其得到更广泛的应用。

相关研究成果发表在《科学报告》期刊上。

DOI：10.1038/s41598-023-49273-0