全球塑料污染问题日益严重，寻找可持续的替代品已成为研究重点。聚乳酸（PLA）这一生物降解聚合物作为环保材料，在自然环境中可以降解为可重复利用的物质，受到了广泛关注。聚乳酸具有可降解性、可再生性和生物相容性等优势，在各个领域中都是理想的选择。同时，聚丙烯（PP）是一种被广泛应用的热塑性物质，以其轻质、耐热性好、机械强度高、可塑性优异而著称。棉秆纤维来源于棉花植物废弃物，是一种来源广泛，可再生生物质资源。棉秆纤（CSF）维由纤维素、半纤维素和木质素等三种关键化学成分组成，其表面富含羟基和羧基官能团，容易与基体材料结合，实现修饰改性。这些通过探讨复合材料内部不同组分对材料性能的作用效果，系统阐述复合材料机械性能、热稳定性、结晶性能等性能增强的机理，通过梳理总结材料性能的改变与材料结构之间的联系与规律，为聚乳酸基复合材料应用推广提供了技术与理论支持。本文汇总了新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队在可降解聚合物加工改性领域的研究进展。

  1. 尚进，阿布都克尤木·阿布都热西提，如仙古丽·加玛力^*，吐尔逊·阿不都热依木^*：废棉秆与PP-g-mah增容剂增强聚乳酸/聚丙烯复合材料的冲击和结晶性能

  2024年2月12日，吐尔逊·阿不都热依木教授团队在《Composites Science and Technology》在线发表题为“Waste cotton stalks enhancing the impact and crystallization performances of polylactic acid/polypropylene composite with PP-g-mah compatibilizer”的研究论文。本文第一作者为2021级毕业硕士尚进，通讯作者为如仙古丽·加玛力，吐尔逊·阿不都热依木，通讯单位为新疆大学。

图1. 复合材料内部的键合机理图

  在本工作中，该团队采用熔融共混的方式，制备了聚乳酸/棉秆纤维/聚丙烯复合材料（图1）。对复合材料的机械性能、结晶性能和热稳定性进行了评估，研究各组分对复合材料性能的影响因素，探讨复合材料性能提升的机制。结果表明，CSF的相互锁定和吸收应力作用可以显著增强复合材料的抗冲击性能，含有20 wt%棉秆纤维的聚乳酸/棉秆纤维/聚丙烯复合材料具有优异的抗冲击性、显著的结晶性能和良好的热稳定性。棉秆纤维的锁定和吸收应力作用显著增强了复合材料的抗冲击性能，相较于聚乳酸（2.06 MPa）提高到了3.22 MPa，增幅达56.31%。棉秆纤维促进了聚丙烯微晶体在聚乳酸基质中形成，并充当异质成核剂以优化整体结晶性能。复合材料呈现两个明显的热降解阶段，其残炭含量的增加且最大降解速率降低，同时VST增加至72.6 ℃，相较于聚乳酸（59 ℃）提升13.6 ℃（图2），这些发现共同证实了复合材料热稳定性的增强。

图2. 复合材料的机械性能（a）冲击强度（b）弯曲强度（c）拉伸应力-应变曲线（d）拉伸强度和断裂伸长率

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110485

  2. 李志伟，尚进，阿布都克尤木·阿布都热西提*，如仙古丽·加玛力*，吐尔逊·阿不都热依木*：以环氧大豆油为高效增塑剂改善聚乳酸/聚丙烯/棉秸秆纤维复合材料的性能

  2024年11月19日，吐尔逊·阿不都热依木教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》在线发表题为“Improving the performance of polylactic acid/polypropylene/cotton stalk fiber composites with epoxidized soybean oil as a high efficiency plasticizer”的研究论文。本文第一作者为毕业硕士李志伟和尚进，通讯作者为阿布都克尤木·阿布都热西提，如仙古丽·加玛力，吐尔逊·阿不都热依木，通讯单位为新疆大学。

图3.（a）ESO0、（b）ESO10、（c）ESO30、（d）ESO50、（e）ESO0中的CSF和（f）ESO50 中的CSF以及（g）PLA、ESO和CSF之间的界面相互作用的电镜照片

  在本工作中，该团队采用生物基环氧大豆油作为增塑剂，通过熔融共混方法制备了聚乳酸/棉秆纤维/聚丙烯复合材料，对材料的机械性能、结晶性能和热稳定性进行了分析，探究环氧大豆油（ESO）对复合材料性能提升的影响，以及其在不同组分中的作用效果与性能增强机制（图3）。结果表明，环氧大豆油可以与棉秆纤维表面上的羟基发生开环反应，在表面形成脂肪类的支链结构，少量的组分会在表面形成网络结构，随着含量的增加网状支链结构会聚集成膜。同时环氧大豆油会与复合材料中的相容剂（马来酸酐接枝聚丙烯）发生开环反应，使聚丙烯部分发生凝胶化。支化的聚合物和微凝胶会自发地迁移到两相界面，有效地乳化界面并减少多相晶格之间的排斥效应，进而显著改善复合材料的韧性，其断裂伸长率相较于未添加环氧大豆油组分（12.6%）增长了98.41%，为25%。环氧大豆油的加入显著增强了复合材料的抗冲击性能为5.38 MPa,相较于未添加组分（3.31 MPa）其冲击强度升高62.53%。环氧大豆的加入显著加强了复合材料的抗冲击性能为5.38 MPa，较未添加组分（3.31 MPa）增强了62.53%。虽然环氧大豆油的添加会降低材料的VST，但随着含量增加VST也逐渐上升，最高可达67.1 ℃。微凝胶存在将使异相成核点数量减少，并降低复合材料整体结晶度（图4）。

图4. 复合材料的机械性能（a）复合材料的拉伸应力-应变曲线（b）断裂伸长率和拉伸强度（c）冲击强度和（d）弯曲强度

  文章链接： https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.137814

【作者介绍】

  吐尔逊·阿不都热依木：博士生导师，新疆大学化学学院二级教授、高分子化学与物理学科负责人，研究聚焦于高分子结构调控与高性能化，致力于将高分子材料应用于能源、环境与催化转化等关键领域，具体研究方向包括开发用于高效能源存储与转换器件的高分子复合材料、研发高性能通用高分子材料改性技术、设计用于环境污染物检测吸附与降解的功能高分子材料，以及开发用于绿色高效催化转化过程的新型高分子基催化剂或载体。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上发表SCI论文近150余篇，论文被引用2800余次，H指数28。研究成果分别获新疆维吾尔自治区自然科学一等奖、新疆大学第九届科学研究优秀成果一等奖、新疆大学第一届自然科学二等奖, 第十四届疆维吾尔自治区优秀论文三等奖等奖励。

  如仙古丽·加玛力：硕士生导师，新疆大学化学化工学院教授。主要从事高分子材料的高性能化与复合改性。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上发表SCI论文115余篇，论文被引用1900余次，H指数24。

阿布都克尤木·阿布都热西提：于2005年在新疆大学获学士学位，2015年在新疆大学获博士学位，并就职于新疆大学化工学院，副教授，硕导。研究方向：功能高分子的制备及其性能、通用高分子复合改性。至今以第一/通讯作者在International journal of Biological Macromolecules, Journal of Polymer Research和高分子材料科学与工程等刊物上发表论文20余篇。

  尚进：新疆大学化工学院2021级硕士研究生，师从如仙古丽·加玛力教授。研究方向为塑料的加工与改性。至今以第一作者在Compos. Sci. Technol.和Int. J. Biol. Macromo.刊物上发表SCI论文2篇。连续三年获得自治区学业奖学金。

  李志伟：新疆大学化工学院2022级硕士研究生，师从如仙古丽·加玛力教授。研究方向为塑料的加工与改性。至今以第一作者在Constr. Build. Mater.和Int. J. Biol. Macromo.刊物上发表SCI论文2篇。曾荣获2024级新疆大学研究生自治区学业奖学金。