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南工大材料學院：拓展生物降解塑料應用領域，開發聚乳酸共混物增韌新方法

2024-01-15 來源：高分子科技

石油基聚合物因其多功能性、令人滿意的性能和低成本而廣受認可，但根據生命周期評估，它們也會造成嚴重的環境污染。為了實現“碳達峰”和“碳中和”的目標，有必要使用生物基和生物可降解聚合物來替代不可生物降解的傳統石化基塑料，以限制化石資源的開采，減少環境污染。聚乳酸（PLA）是開發和研究最廣泛的商業化生物聚合物，但也存在脆性，熔體強度低，結晶速率慢等缺點，將PLA與生物基增塑劑、可降解韌性聚合物共混是常見的改性方法。

近日，以南京工業大學材料科學與工程學院碩士研究生劉媛媛為第一作者、竇強副教授為通訊作者在國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發表題為“Improving the compatibility and toughness of sustainable polylactide/poly(butylene adipate-co-terephthalate) blends by incorporation of peroxide and diacrylate”的研究工作(Available online 11 January 2024, 129355)。該工作通過使用過氧化物（DCP）和二乙烯基助劑（PEG600DA）作為活性增容劑來提高PLA/PBAT共混物的相容性和性能。“原位”增容具有添加劑濃度低、反應迅速完全、成本效益高等優點。低含量的過氧化物（0.1 wt%）和助劑（4 wt%）有可能在不影響熔體加工性和降解性能的情況下實現有效的增容。考察了非增容和增容PLA/PBAT共混物的微觀結構、流變性能、界面相容性、熔融和結晶行為、熱穩定性、表面潤濕性和機械性能。

圖1 PLA、PBAT及其共混物的缺口沖擊性能。（A）缺口沖擊強度；（B）沖擊斷裂樣品

與PLA/PBAT/DCP/PEG600DA(80/20/0.1/4)共混物相比，PLA/PBAT/DCP/PEG600DA (70/30/0.1/4)和PLA/PBAT/DCP/PEG600DA (60/40/0.1/4)共混物的缺口沖擊強度分別提高到42.22 kJ/m²和44.23 kJ/m²，提高了約7倍。PLA/PBAT/DCP/PEG600DA(50/50/0.1/4)共混物的缺口沖擊強度達到63.14 kJ/m²，是PLA/PBAT/DCP/PEG600DA(80/20/0.1/4)共混物的近11倍。韌性PBAT基體與“原位”相容劑的結合極大地提高了材料的沖擊韌性。綜上所述，除了良好的界面粘附性和細微的相疇外，韌性基體（共連續相結構或柔性PBAT基體）對增容PLA和PBAT共混物的增韌效果起著決定性的作用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129355

以上工作是本課題組關于聚乳酸共混物增韌的最新進展。此前，南京工業大學材料科學與工程學院2020級碩士研究生葛秋雨已經在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊發表題為“Preparation of Supertough Polylactide/Polybutylene Succinate/Epoxidized Soybean Oil Bio-Blends by Chain Extension”的研究工作。該工作采用生物可降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和生物基環氧大豆油(ESO)對PLA進行增韌，采用Joncryl ADR 4370S作為擴鏈劑，ESO和4370S的引入使PLA/PBS/ESO/4370S共混物中形成了“原位”接枝物，改善了相容性，ESO和4370S的協同增韌作用有效地提高了共混物的韌性。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01042

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（責任編輯：xu）

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