目前，大多数食品包装材料由石油基、不可降解的热塑性塑料制成，其广泛应用可能造成严重环境问题，开发生物基材料以取代传统的塑料包装材料引起了广大研究人员的兴趣。纸基材料因其生物降解性、低重量性、可再生性、食品安全性、可回收性和环保性，在食品包装领域显示出至关重要的应用价值。然而，传统纸张由天然纤维素纤维制成，具有丰富的亲水性羟基，纤维之间呈现高度多孔的结构，导致其防水和耐油性能差，显著限制了其在食品包装领域的广泛应用。鉴于此，研究构建高度防水防油的包装纸对食品包装行业具有重要意义。
为开发绿色环保且能满足食品包装需求的纸基包装材料，华南农业大学材料与能源学院杨卓鸿教授和胡洋副教授带领的生物基功能高分子材料研究团队与中国热带农业科学院南亚热带作物研究所杨子明研究员所在团队相互合作，在构建超疏水涂层纸方面取得了新进展，开发了基于纤维素纳米晶、丙烯酸松香、壳聚糖构建的生物基Pickering乳液涂料，协同疏水性纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷，通过浸涂和喷涂的方式在纸张表面进行涂布，高效构建了具有微纳米分层结构的仿荷叶超疏水涂层纸（PE&SP-CP），该涂层纸表现出优异的超疏水性、阻油性、自清洁性和机械性能，同时还具备良好的生物降解性、可回收性和重复使用性，在液体和油炸等食品的包装领域中表现出很大的应用潜力。
相关研究成果以“Chitosan/acrylic rosin-based superhydrophobic coatings inspired by Pickering emulsion template and lotus leaf surface structure for paper-based food packaging”为题在国际知名期刊International Journal of Biological Macromolecules（中科院Top期刊，IF 2025 = 8.5）上发表。论文的共同第一作者为团队2023级硕士研究生陆曼芝和2022级硕士研究生鲁盼，通讯作者为胡洋副教授、杨卓鸿教授和杨子明研究员，研究得到了广东省科技计划、纸浆和造纸工程国家重点实验室、国家重点研发计划和中国热带农业科学院科技创新团队等项目的支持。该研究将全生物基的Pickering乳液与疏水性二氧化硅相结合，有效构建具有仿荷叶表面结构的耐油、自清洁、防污、可回收、可生物降解的超疏水涂层纸，为纸基材料在食品包装领域的应用提供了新的参考思路。
图1 具有微/纳米分层表面结构的超疏水PE&SP-CP纸的制备示意图。
图 2 Pickering乳液的（a）显微照片和（b）粒径分布;（c）由吖啶橙染色的CNC制成的 Pickering 乳液的激光共聚焦图像。图（a）中的插图是Pickering乳液的数码照片。
图 3（a）U-CP、（c）PE-CP和（e）PE&SP-CP涂布纸的表面SEM图像；（b）U-CP、（d）PE-CP和（f）PE&SP-CP涂布纸的横截面SEM图像。
图 4 （a）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布纸的WCA值；（b）U-CP和PE&SP-CP涂布纸的纸船漂浮试验；（c）各种液体食品在PE&SP-CP涂布纸表面的接触角；（d）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布纸的WVP值。
图 5 U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布纸的（a）防污性和（b）自清洁性；U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布纸的（c）防油等级和（d）油接触角；（e）U-CP 和 PE&SP-CP 涂布纸的耐热油测试。
图 6 （a）U-CP、PE-CP和PE&SP-CP涂布纸的干湿拉伸性能；（b）PE-CP 和 PE&SP-CP 涂布纸磨损试验后的 WCA 值；（c）U-CP 和 PE&SP-CP涂布纸经土壤掩埋后的外观照片。
图 7 （a）PE&SP-CP纸杯在盛放水、雪碧、茶、牛奶、咖啡上的应用；（b）商用纸杯和 PE&SP-CP 纸杯中液体的残留图片；（c）各种液体的残余率；和（d）使用 PE&SP-CP纸盛放炸薯条和龟苓膏果冻的图片。
图 8 （a）涂层纸的回收过程；（b）PE&SP-CP 涂层纸（b1）和去涂层纸（b2）的光学显微镜图像；（c）PE&SP-CP涂层纸、去涂层纸和再生纸的FTIR光谱；（d）原始滤纸（d1）和再造纸（d2）的光学显微镜图像。
综上所述，该团队受荷叶微纳米粗糙结构的启发，通过Pickering 乳液模板并喷涂疏水纳米二氧化硅，成功构建了一种具有仿荷叶表面结构的可生物降解、防油防污的超疏水涂层纸。在涂层纸结构中，微米级的丙烯酸松香微球镶嵌并固定在以壳聚糖为涂膜基质的涂层中，疏水纳米二氧化硅通过聚二甲基硅氧烷黏附在乳液涂层表面，形成仿荷叶的微纳米分层结构，通过气垫的形成和Cassie状态，实现超疏水表面效应，对多种液体具有显著的排斥性，能够满足食品包装疏水防油等要求。该研究工作为应用于食品包装领域的超疏水纸基材料的开发提供了一定的理论和实践基础。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.142375
