淀粉的混合有助于提高经TEMPO氧化的纤维素纳米纤维增强生物塑料的材料回收率

《Polymer Degradation and Stability》：Starch blending enhances material recovery of TEMPO-oxidized cellulose nanofiber reinforced bioplastics

　　伊扎·杜拉蒂·哈米德（Izzah Durrati Hamid）| 拉加夫·索尼（Raghav Soni）| 余一·徐（Yu-I Hsu）| 上山弘（Hiroshi Uyama）
大阪大学工程研究生院应用化学系，日本大阪府吹田市山田冈2-1，邮编565-0871

**摘要**
随着石油基塑料对环境的持续影响日益严重，亟需开发可再生、可回收的替代品，以实现循环经济的理念——即减少废物、保留资源并促进资源再生。在本研究中，我们报道了一种基于pH响应的碱性驱动的回收策略，用于回收TEMPO氧化的纤维素纳米纤维（TCNF）增强淀粉（TCNF/淀粉）薄膜。将TCNF与化学改性淀粉（如羟丙基淀粉HPS）混合后，由于HPS上的羟基与TCNF上的部分醛基发生反应，能够形成半缩醛交联。这种交联在碱性条件下（pH 12）可以 reversibly dissociate（可逆解离），从而实现薄膜的闭环分解和重构。这些HPS和TCNF薄膜的回收率最高（75%），并且回收后其机械强度（82 MPa）和光学透明度（79%）均得到保持，优于纯TCNF薄膜（机械强度65 MPa，透明度74%）。TCNF/HPS薄膜在多次循环回收（最多五次）后仍能保持其强度和结晶度，证实了其耐用性。该碱性处理过程无需使用有毒溶剂，且消耗的NaOH量极少，从而降低了环境影响。总体而言，这些发现为开发出一种既可替代传统塑料又符合循环经济可持续发展目标的生物塑料包装提供了实用途径。

**1. 引言**
几十年来，一次性使用的石油基塑料严重超出了地球的承载能力，导致了过度使用和过度生产的问题。据统计，40%的塑料废物来自包装材料，每年产生的塑料包装废物超过1.41亿吨[1]。这引发了污染、环境退化、微塑料问题以及不可再生资源的枯竭等严重问题。许多国家已将“碳中和”作为目标，这对于减少排放和应对全球变暖至关重要。为实现这一目标，需要开发这些传统塑料的替代品，并最大限度地减少废物产生，同时最大化资源利用，以符合循环经济的原则。

循环经济是一个旨在更高效、更可持续地利用资源的概念。循环经济的三大核心原则是：消除废物和污染、产品及材料的最大化循环利用（在其最高价值状态下），以及将其回归自然[2]。这一理念被推崇为可持续材料设计的重要框架，旨在减少自然资源的消耗并促进环境可持续性[3,4]。然而，传统的石油基塑料因其一次性使用和不可再生的特性而违背了这些原则，从而产生了持续的废物问题。因此，迫切需要用可再生、可回收的材料替代这些化石燃料基塑料，且生产过程应尽可能减少危害[5]。

纤维素纳米纤维和淀粉是构建符合循环经济要求的理想材料候选者[6,7,8]。这些材料具有生物降解性，且可通过工程设计实现闭环回收，直接服务于循环经济的目标。纤维素纳米纤维具有较高的强度和透明度，但纯纤维素纳米纤维薄膜在碱性处理下其湿强度会显著下降[9]。通过回收这些材料，可以充分利用其资源。

纤维素的加工通常需要均匀溶解以便于后续应用，但其强氢键和高结晶度会显著阻碍其在水中的溶解性。目前常用的溶剂系统包括氢氧化钠/二硫化碳（NaOH/CS?）[10]、N-甲基吗啉N-氧化物（NMMO）[11]、离子液体[12]和氢氧化铜与氨的混合物[13]等。尽管这些系统的回收效率较高，但从安全角度来看，它们对环境存在负面影响，且容易破坏纤维素的氢键和结晶度[14,15]，导致薄膜的机械性能下降。相比之下，通过破坏纤维间的氢键或利用静电排斥力进行纤维素分散的方法使用的溶剂危害较小，且可以多次循环回收，同时减少对纤维素结晶度和机械性能的损伤[16]。

TEMPO介导的氧化方法可制备出高度纤维化的TEMPO氧化纤维素纳米纤维（TCNF）。由于存在阴离子C6-羧酸根（TCNF-COO?）基团，这些纳米纤维在水中具有良好的分散性[16]。自支撑的TCNF薄膜由于纤维的高结晶度而表现出优异的光学透明度和足够的机械强度[17]。据报道，这些薄膜在吸水后会膨胀，因为纤维素纳米纤维表面的羧基会发生解离[18,19]。然而，吸水会导致薄膜的湿强度显著下降[20,21]。为解决这一问题，人们尝试使用各种金属离子（如Ca2?、Mg2?、Al3?、Fe3?）在纤维间形成交联（TCNF-COOM，其中M表示金属离子或质子），从而增强其湿强度[22,23]。然而，这些离子交联薄膜的回收性和降解性较差。

在先前的研究中，我们采用TEMPO氧化方法将纤维素表面的羟基转化为部分醛基和带负电的羧酸根，进而将纤维素纳米纤维成TEMPO氧化纤维素纳米纤维（TCNF）[24,25]。通过将这种氧化后的纤维素与改性的双醛淀粉和羟丙基淀粉结合，两种多糖之间可形成半缩醛键，从而提高薄膜的耐水性和微生物降解性[24,25]。由于这些键在酸性条件下形成，在碱性条件下会分解[26]，因此添加淀粉改性基团（如乙酰化淀粉AcS、DAS和HPS）可以促进更多半缩醛键的形成，提高薄膜的pH响应性。基于这一原理，我们假设使用少量NaOH和不含有毒溶剂，可以制备出在碱性条件下可回收的高性能生物塑料薄膜，同时保持其机械强度和结晶度，从而符合绿色化学的12项原则[27]。

在本研究中，我们制备了TCNF/淀粉薄膜，并通过pH响应的碱性处理实现了薄膜的回收（Re_TCNF/淀粉）。通过分析回收前后薄膜的机械性能、结晶度和耐水性，验证了其多次循环使用的可行性。此外，还对比了纯TCNF薄膜在类似碱性条件下的回收情况，以评估淀粉掺入对回收性的影响，并研究了不同类型化学改性淀粉对TCNF/淀粉薄膜在碱性处理下的回收性和性能的影响。

**2. 实验**
**2.1. 材料**
商业化的纤维素粉末和次氯酸钠（NaClO）购自日本京都的Nacalai Tesque公司；溴化钠、硼氢化钠和2,4-二硝基苯肼（DNPH）购自日本东京的Sigma Aldrich公司；(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)羟基自由基（TEMPO）购自日本东京的Tokyo Chemical Industry公司。所有试剂均为实验室级别。原淀粉（NTS）由Matsutani Chemical Industry Co., Ltd.提供（批次501131A，日本兵库县），按规格使用时未经进一步处理。NTS的直链淀粉与支链淀粉比例为17%至83%。本研究使用了三种改性的淀粉：羟丙基淀粉（HPS，取代度DS=0.11）、乙酰化淀粉（AcS，DS=0.08）和双醛淀粉（DAS，DS=0.04）。所有粉末均按接收状态使用。用于制备碱性溶液的氢氧化钠来自日本大阪的Fujifilm Wako Chemical Corporation公司。实验过程中使用的Milli-Q水来自Sigma-Aldrich公司的Milli-Q EQ 7000仪器。

**2.2. TEMPO氧化纤维素纳米纤维（TCNF）的合成**
纤维素纳米纤维的合成方法依据先前报道的TEMPO介导氧化协议[28]进行。首先，将4.0克纤维素粉末与0.075克(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)羟基自由基（TEMPO）和0.75克溴化钠（NaBr）混合在300毫升Milli-Q水中，然后在25至27°C的温度下磁力搅拌1小时以确保完全分散。随后向系统中逐渐加入18毫升次氯酸钠，同时进行连续滴定以控制氧化反应。反应完成后，将氧化纤维素悬浮液彻底离心并洗涤以去除残留物。接着用高速搅拌机将纤维素纳米纤维机械破坏15分钟以分离出纳米纤维。通过测量冻干前后的质量差来确定TCNF纳米纤维的浓度。制备1.0%（w/v）的TCNF水溶液后，将其储存在4°C条件下备用。实验前再次充分搅拌悬浮液以确保均匀性。

**2.3. 淀粉悬浮液和TCNF增强淀粉薄膜（TCNF/淀粉薄膜）的制备**
将3.0克相应类型的淀粉粉末（原淀粉NTS、羟丙基淀粉HPS或双醛淀粉DAS）加入烧瓶中，再加入100毫升Milli-Q水，磁力搅拌1小时至获得均匀的淀粉悬浮液。冷却后的悬浮液用于制备薄膜。将制备好的TCNF分散液（1.0% w/v）和淀粉溶液（3% w/v）按1:6的比例混合，然后用涡流管混合器（Nichiryo，日本埼玉县）匀质化，再离心去除气泡。将TCNF/淀粉分散液倒入特氟龙PFA培养皿中，在45°C下干燥6小时。干燥后的薄膜切片用于后续实验。

**2.4. 回收处理**
回收用溶液为0.5 M氢氧化钠水溶液稀释至pH值12（最终浓度0.01 M，使用日本Horiba公司的LAQUA pH计测量）。将TCNF/淀粉薄膜用LabMill研磨机粉碎后，加入15毫升制备好的碱性溶液并搅拌5小时，随后离心分离出TCNF/淀粉悬浮液。用清水彻底冲洗悬浮液以去除降解产物，并中和其中的酸碱度。将悬浮液倒入特氟龙培养皿中，在35°C下干燥6小时，所得薄膜称为Re_TCNF/淀粉薄膜。

**2.5. 特性分析**
对原始和回收后的TCNF/淀粉薄膜进行了光学、机械和化学性质的表征，以研究回收处理对其性能的影响。首先使用浊度计（NDH-4000，日本Nippon Denshoku）测量薄膜的透明度。将薄膜切成40毫米×5毫米的矩形样品，利用日本Jasco V-750紫外-可见分光光度计在200-800纳米范围内进行光谱分析。空白对照为空气，干燥样品置于光束路径中。这些矩形样品还用于万能试验机（UTM，日本Shimadzu）上进行单轴应力-应变测试，加载载荷为10 N，应变速率为5.0毫米/分钟。通过应力-应变图的梯度计算样品的杨氏模量。同时使用扫描电子显微镜（SEM，日本Hitachi SU3500）观察样品表面的形貌和截面结构变化，并使用傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS20，Thermo-Fisher Scientific，日本）检测样品的化学成分及其变化。此外，还使用X射线衍射仪（XRD，Rigaku SmartLab，日本）测量薄膜回收前后的结晶度变化，扫描范围为5°至60°，步长为0.02°，扫描速率为4.0°/分钟。XRD图中的定量数据也是通过计算它们的结晶度获得的，采用了Segal峰高方法[30]。结晶度（%）= (I200 - Iam) / I200 × 100，其中I200代表(200)峰的高度，Iam是18°处无定形峰的高度。还对尺寸为2厘米×2厘米的薄膜进行了膨胀测试，方法是将它们浸入淡水中。在固定的时间间隔后，用镊子轻轻取出膨胀的样品，并用纸巾吸去多余的水分，然后称量样品。膨胀率（SR）的计算公式如下：膨胀率（%）= (Wss - Wds) / Wds × 100，其中Wds和Wss分别是干燥样品和膨胀样品的重量[31]。还分析了薄膜中的羧酸基团含量，以研究回收后可能发生的变化。含量是通过电导滴定法确定的，并使用加入的氢氧化钠的体积计算得出，公式如下：羧酸含量（mmol/g）= ([OH-]) × Vt / mdry，其中[OH-]表示使用的氢氧化钠的浓度，Vt是在交叉点消耗的氢氧化钠的体积，mdry是烘干样品的质量[32]。还计算了薄膜的回收率，以评估薄膜回收的效率。这是通过称量碱处理前后的TCNF/淀粉冻干悬浮液来完成的。使用的公式如下，其中Wbefore和Wafter分别是碱处理前的冻干样品重量。回收率（%）= Wafter / Wbefore × 100。使用2,4-二硝基苯肼（DNPH）通过紫外分光光度法测量了碱处理前后TCNF表面的醛基团含量。将5毫克DNPH溶解在0.2毫升浓硫酸中并搅拌得到均匀溶液。在室温下继续搅拌下加入2毫升乙醇，使混合物反应10分钟以达到均匀。然后加水将最终体积调节到20毫升。将制备好的DNPH溶液稀释成四种不同的浓度，并使用分光光度计测量每种浓度在360纳米处的吸光度。绘制了DNPH的校准曲线，以制定醛基浓度测量的标准方程[33]。将500微升样品加入5毫升制备好的DNPH溶液中，混合物在室温下反应5小时。未反应的DNPH通过离心收集，并使用分光光度计在360纳米处测量吸光度。醛基的含量计算公式如下：醛基浓度（μmol/g）= (DNPH浓度（mg/L）× 使用的DNPH体积（mL）/ TCN中的纤维素含量（g）× MrDNPH（g/mol）。

4. 结果与讨论
4.1. 纯TCNF和TCNF/淀粉薄膜的回收
最初，TCNF与羟丙基淀粉（HPS）结合制成TCNF/HPS薄膜。TEMPO氧化纤维素可以在纳米纤维表面引入羧酸基团和部分醛基团。这些基团会与改性淀粉上的羟基团相互作用，形成半缩醛交联网络，从而增强所制备薄膜内部的交联。据报道，这种网络结构的改善可以提高纯TCNF薄膜的湿强度并降低膨胀率[20]。TCNF/HPS薄膜（约1.2克）被粉碎成小块，分散在碱性溶液中（氢氧根离子0.01摩尔/升，pH 12，15毫升），得到8%的固体含量，然后剧烈搅拌5小时以获得均匀的悬浮液。接着进行离心（10,000转/分钟，5分钟，3次）以去除多余的NaOH和未反应或降解的碎片，通过丢弃上清液并用水冲洗来实现。冲洗后的悬浮液被铸膜并在40°C的烤箱中过夜干燥。所得薄膜称为回收的TCNF/淀粉薄膜（Re_TCNF/HPS），如图1A所示。下载：下载高分辨率图像（508KB）下载：下载全尺寸图像
图1. (A) TCNF/淀粉薄膜的通用回收过程示意图，得到回收后的薄膜Re_TCNF/HPS。 (B) 回收前后薄膜的UV-Vis透射率和 haze 分析。 (C) 原始薄膜和回收薄膜表面及横截面的SEM图像。
回收薄膜的透射率在380纳米至740纳米的可见光波长范围内介于70%到80%之间，如图1B所示。透明性是食品包装中的重要性能。使用650纳米处的透射率作为比较值，数据显示在图1中。Re_TCNF/HPS薄膜表现出与原始TCNF/HPS薄膜相当的光学透明度，透射率约为79%。然而，回收后的 haze 值显著升高，达到33%（图1B）。
扫描电子显微镜（SEM）图像显示，尽管Re_TCNF/HPS薄膜在视觉上看起来光滑且均匀，但SEM分析揭示了在碱处理过程中未能完全拆卸的残留碎片。横截面图像显示，Re_TCNF/HPS薄膜保留了其特有的层状结构；然而，在层之间观察到小颗粒，表明在处理过程中发生了部分重组或未完全拆卸[34]。Re_TCNF/HPS薄膜的拉伸强度为82兆帕，略低于干燥的TCNF/HPS薄膜（93兆帕），足以用于包装应用（图2A）。此外，X射线衍射（XRD）分析显示Re_TCNF/HPS的结晶度较低，如图2B所示。然而，纯TCNF薄膜的回收（拉伸强度和结晶度分别为125兆帕和69%）后的Re_TCNF薄膜在碱处理后机械强度和结晶度显著下降（65兆帕和21%）。
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图2. (A) 原始薄膜和回收的TCNF及TCNF/HPS复合材料的应力-应变曲线，显示其拉伸强度。 (B) 比较原始薄膜和回收薄膜结晶度的XRD图谱。 (C) TCNF/HPS及其回收对应物的FT-IR光谱。 (D) 回收过程中薄膜网络内键合机制的示意图。
表1
表1. 纯TCNF和TCNF/淀粉薄膜回收前后的光学性能、拉伸强度和结晶度。
薄膜 透射率（%） haze（%） 拉伸强度（MPa） 结晶度（%）
TCNF 89 ± 3 10 ± 2 132 ± 9 69 ± 1
Re_TCNF 74 ± 2 40 ± 4 65 ± 6 21 ± 4
TCNF/HPS 87 ± 1 11 ± 3 93 ± 5 43 ± 1
Re_TCNF/HPS 79 ± 3 35 ± 2 82 ± 7 39 ± 2
碱处理破坏了TCNF/HPS薄膜中的分子间和分子内的氢键以及半缩醛键[35]。如图2C和图S1的FTIR和滴定结果所示，TCNF表面的醛基团转化为羧酸，尽管总体羧酸含量与原始状态相似（图S2）。相比之下，纯TCNF薄膜具有强氢键和紧密排列的纤维，使其在碱处理下不易通过羧酸基团的补充而分解。然而，长时间暴露于碱性条件可能会降低TCNF的结晶度，并对回收薄膜的机械性能产生负面影[36]。为了克服这一点，淀粉的添加可以作为亲水填充剂，提高分散性并促进碱处理[37]。通过添加改性的淀粉基团，碱处理可以更好地结合多糖链，因为键的断裂可以重新生成，并在TCNF上的羧酸基团与HPS上的羟基团之间引发更多的交联反应[38]。如图2D所示，在混合和干燥过程中形成的分子间半缩醛型相互作用可能来源于Re_TCNF/HPS悬浮液中的羧酸和醛基团。因此，Re_TCNF/HPS薄膜的结晶度和机械完整性得以保持。通过TGA分析（图S3A）发现，回收前后薄膜的热降解行为保持不变，这可能表明即使经过回收过程，薄膜内的相互作用仍可以重新形成。
还测试了薄膜的内部分子对水分的吸收情况（图S3B）。尽管回收薄膜的吸水率略高于原始薄膜，可能是由于交联相互作用的重排和/或碱处理过程中引入的羟基团[37]，但薄膜的膨胀行为表现出相似的趋势。
4.2. 淀粉化学改性与TCNF/淀粉可回收性的影响
除了初始使用的HPS外，还使用了其他淀粉来分析它们对TCNF/淀粉薄膜碱处理过程中可能发生的化学改性的影响，即二醛淀粉（DAS）和乙酰化淀粉（AcS）。作为对照，也使用了天然木薯淀粉（NTS）进行分析。每种淀粉的行为总结在图3中。
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图3. (A) 使用不同种类淀粉制备的TCNF/淀粉复合材料在回收过程中的pH变化。 (B) 每种薄膜类型在碱处理结束时的总NaOH消耗量 (C) 和回收率。 (D) 碱处理前后TCNF/NTS、TCNF/HPS、TCNF/DAS和TCNF/AcS薄膜的拉伸强度比较。
在碱性条件（pH 12）下，含有改性淀粉的TCNF薄膜表现出不同的行为，如图3A所示。对于AcS，pH值在碱处理的第一小时内从12降至10.4。pH值继续下降，6小时后接近中性水平7.4。这可以解释为淀粉上的乙酰基团可能与引入的碱发生水解反应，释放出醋酸根离子（CH3COO-）并消耗氢氧根离子（OH?），导致pH值逐渐降低[39,40]。这也可以从图S4A中看出，碱处理后的AcS薄膜中，1240厘米^-1处的酯C-O峰和1710厘米^-1处的羧酸基团C=O峰消失，表明醋酸根离子释放到碱水中，破坏了碱水的pH值。同样，在DAS中，混合物的pH值从初始的12逐渐中和至7.7。这一现象的原因是其中存在的活性醛基团可以参与Cannizzaro反应和aldol反应，也可能消耗氢氧根离子[41]，如图S4B所示。因此，需要持续添加NaOH来维持碱性，尤其是在TCNF/AcS和TCNF/DAS中，如图3B和表S1所示。从表中可以看出，TCNF/DAS和TCNF/AcS在回收过程中维持碱性所需的NaOH量分别约为每薄膜4毫克。而TCNF/NTS和TCNF/HPS薄膜每薄膜所需的NaOH量约为2毫克，这意味着回收这些薄膜所需的NaOH量减少了一半。
图3C绘制了碱处理后回收的冻干固体重量，表2中列出了计算出的回收率。由于所需的NaOH量较多，TCNF/Acs和TCNF/DAS的回收率分别显著降低到45%和52%。
表2. 使用不同改性淀粉制备的TCNF/淀粉复合薄膜在碱基回收过程中pH值、NaOH消耗量和拉伸强度的变化。
薄膜 6小时后的pH值（初始12） NaOH消耗量（mL） 回收率（%）
原始薄膜 10.8 5.0 ± 1 60 ± 5 85 ± 6
回收薄膜 11.0 6.0 ± 1 75 ± 4 93 ± 5
TCNF/HPS 11.0 6.0 ± 1 75 ± 4 93 ± 5
TCNF/DAS 7.7 9.8 ± 3 52 ± 5 108 ± 5
TCNF/AcS 7.4 11.4 ± 2 45 ± 6 80 ± 8
NTS：天然木薯淀粉；HPS：羟丙基淀粉；DAS：二醛淀粉；AcS：乙酰化淀粉
从同一图表中可以看出，TCNF/HPS薄膜的回收率最高（75%）。使用HPS时，羟丙基团之间的醚键保持完整，确保了整个回收过程中的稳定性。因此，氢氧根的消耗量最少，pH值变化也微乎其微。此外，在TCNF/NTS薄膜中，尽管如此，处理后的薄膜仍能保持碱性并达到足够的回收率，但从图3D可以看出，Re_TCNF/NTS薄膜的拉伸强度从原始的85兆帕下降到55兆帕。这是由于在碱性环境中可能发生了解聚作用，导致淀粉降解。
从图3D中回收薄膜的拉伸强度可以看出，Re_TCNF/HPS薄膜的机械强度（82兆帕）与其原始薄膜（93兆帕）相当。尽管TCNF/DAS和TCNF/AcS剩余材料的原始抗拉强度分别为108 MPa和80 MPa，但在回收后分别降低了一半以上，变为45 MPa和37 MPa。由于DAS和AcS上的改性基团在回收过程中引发了副反应并改变了pH值（如图S5所示），这些副反应阻碍了交联网络的重排和重组，导致最终的薄膜（如图S6所示）缺乏保持其强度所需的结构完整性。因此，HPS是用于TCNF/淀粉薄膜碱性回收的最佳选择。

4.3 TCNF/HPS薄膜的多次循环可回收性
如图4所示，TCNF/HPS薄膜（初始厚度为96 μm）在3到5个循环内成功实现了回收，并且回收率令人满意。报告中的回收率是基于最终回收样品与初始量的比较计算得出的，因此考虑了加工过程中的任何损耗。Re_TCNF/HPS薄膜的厚度在1个、3个和5个回收循环后分别降低到了72 μm、49 μm和21 μm。每个循环使用的NaOH用量保持在每块薄膜2毫克，如表S2所示。相应地，在图4B中，回收后的薄膜抗拉强度在五个循环后降至35 MPa，仍处于包装应用的可接受范围内[42]。

此外，通过XRD分析（图4C）还测定了每个回收薄膜的结晶度，尽管经过多次回收，TCNF的峰仍然明显可见，但结晶度略有差异。结晶度采用Segal方法计算得出，该方法虽然存在局限性，但能够反映纤维素-淀粉复合薄膜的变化趋势。从XRD图可以看出，TCNF/HPS薄膜在一定程度上能够承受碱性处理，其(200)面的强度在2θ=22.6°处保持稳定，这是纤维素纤维的特征。随着循环次数的增加，薄膜的结晶度从最初的69.4%逐渐降低到第五个循环时的39.7%。然而，之前的研究发现，在类似的碱性条件下处理TEMPO氧化纤维素时，纤维素的结晶度在溶解和再生过程中完全破坏并转化为纤维素II[43]。这表明添加改性的淀粉显著影响了薄膜的完整性和结晶度。

通过利用pH响应性弱化机制，使TCNF/淀粉能够在碱性条件下重新整合并实现回收再利用，从而无需使用有毒化学物质或复杂的处理步骤。此外，由于淀粉的化学结构，TCNF/淀粉薄膜的可回收性得到了提升。因此，使用TCNF/HPS制成的一次性包装设计既符合材料的循环利用原则，也支持环境的可持续性。

5. 结论
本研究全面分析了TCNF/淀粉薄膜在碱性条件下的pH响应性分解及其闭环回收过程。淀粉的添加改善了分散性，促进了TCNF/淀粉薄膜的碱性分解，而纯TCNF薄膜由于羧基之间的相互排斥作用而难以分解。该薄膜使用了羟丙基淀粉（HPS）制备，由于其稳定的醚键结构，使其成为碱性回收的最合适选择。通过多次循环回收，TCNF/HPS薄膜成功保持了足够的机械性能，凸显了其作为循环经济可持续包装材料的潜力。

**利益冲突**
作者声明没有与本文内容相关的利益冲突。

**数据可用性**
支持本文的数据已作为补充信息的一部分提供。

**伦理审查和参与同意**
不适用。

**出版同意**
所有作者均已阅读、批准并同意提交最终稿件。

**作者贡献**
- CRediTIzzah Durrati Hamid：数据整理、初步分析、研究、撰写-原始草稿
- Raghav Soni：概念构思、撰写-审阅与编辑、可视化
- Yu-I Hsu：资金筹集、项目管理、资源获取、验证
- Hiroshi Uyama：资金筹集、项目管理

**CRediT作者贡献声明**
- Izzah Durrati Hamid：撰写-原始草稿、研究、初步分析、数据整理
- Raghav Soni：撰写-审阅与编辑、可视化、概念构思
- Yu-I Hsu：撰写-审阅与编辑、可视化、验证、资源获取、项目管理、资金筹集、概念构思
- Hiroshi Uyama：监督、项目管理、资金筹集