南工大材料学院：拓展生物降解塑料应用领域，开发聚乳酸共混物增韧新方法

2024-01-15 来源：高分子科技

石油基聚合物因其多功能性、令人满意的性能和低成本而广受认可，但根据生命周期评估，它们也会造成严重的环境污染。为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，有必要使用生物基和生物可降解聚合物来替代不可生物降解的传统石化基塑料，以限制化石资源的开采，减少环境污染。聚乳酸（PLA）是开发和研究最广泛的商业化生物聚合物，但也存在脆性，熔体强度低，结晶速率慢等缺点，将PLA与生物基增塑剂、可降解韧性聚合物共混是常见的改性方法。

近日，以南京工业大学材料科学与工程学院硕士研究生刘媛媛为第一作者、窦强副教授为通讯作者在国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》发表题为“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)。该工作通过使用过氧化物（DCP）和二乙烯基助剂（PEG600DA）作为活性增容剂来提高PLA/PBAT共混物的相容性和性能。“原位”增容具有添加剂浓度低、反应迅速完全、成本效益高等优点。低含量的过氧化物（0.1 wt%）和助剂（4 wt%）有可能在不影响熔体加工性和降解性能的情况下实现有效的增容。考察了非增容和增容PLA/PBAT共混物的微观结构、流变性能、界面相容性、熔融和结晶行为、热稳定性、表面润湿性和机械性能。

图1 PLA、PBAT及其共混物的缺口冲击性能。（A）缺口冲击强度；（B）冲击断裂样品

与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)共混物的缺口冲击强度分别提高到42.22 kJ/m²和44.23 kJ/m²，提高了约7倍。PLA/PBAT/DCP/PEG600DA(50/50/0.1/4)共混物的缺口冲击强度达到63.14 kJ/m²，是PLA/PBAT/DCP/PEG600DA(80/20/0.1/4)共混物的近11倍。韧性PBAT基体与“原位”相容剂的结合极大地提高了材料的冲击韧性。综上所述，除了良好的界面粘附性和细微的相畴外，韧性基体（共连续相结构或柔性PBAT基体）对增容PLA和PBAT共混物的增韧效果起着决定性的作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129355

以上工作是本课题组关于聚乳酸共混物增韧的最新进展。此前，南京工业大学材料科学与工程学院2020级硕士研究生葛秋雨已经在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊发表题为“Preparation of Supertough Polylactide/Polybutylene Succinate/Epoxidized Soybean Oil Bio-Blends by Chain Extension”的研究工作。该工作采用生物可降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和生物基环氧大豆油(ESO)对PLA进行增韧，采用Joncryl ADR 4370S作为扩链剂，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的协同增韧作用有效地提高了共混物的韧性。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01042

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（责任编辑：xu）

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