聚乳酸是世界公認的最具可實用性和最廉價的生物基可降解塑料,但是聚乳酸的不耐高溫和脆性顯著這兩大缺陷也一直困擾著研究者和工業界。自2009年以來,中科院寧波材料所朱錦研究員團隊在聚乳酸材料領域不斷取得突破。繼成功研制出耐熱透明聚乳酸以來(Heat Resistant Polylactic acid with Good Clarity,2011 ANTEC 2011,Boston.),該團隊繼續在聚乳酸材料領域的低成本化,脆性增韌領域實現突破。團隊通過加入淀粉作為填料,在保持聚乳酸材料可生物降解性的同時,大幅度降低了成本。為了改善共混材料的脆性和相容性,研究人員對淀粉進行化學改性,然后加入植物油,不僅大大提高了聚乳酸/淀粉共混物的韌性,同時改善了材料的沖擊強度。
研究人員通過馬來酸酐或六亞甲基二異氰酸酯對淀粉顆粒進行改性,然后加入環氧大豆油,蓖麻油或桐油酸酐,通過螺桿共混擠出,形成聚乳酸/改性淀粉/植物油三元共混物。研究人員發現植物油的濃度對該混合體系的機械性能存在決定性的影響。植物油濃度太低,該三元共混物的韌性增強效應不明顯。植物油濃度太高,聚乳酸中分散的植物油會降低混合物的韌性,破壞增韌效果。只有植物油濃度適中,并在改性淀粉周圍形成柔性界面層后,體系的韌性和沖擊強度才會大幅度提升。以上一系列研究成果已在相關領域的權威雜志Carbohydrate Polymers上發表并有三篇文章已接受(2013, 92: 810– 816; 2013, 94: 235– 243; DOI:10.1016/j.carbpol.2013.02.054)。
后續的相關研究仍在進行中,相關科研人員將繼續沿著全生物基、全降解的思路對聚乳酸進行增韌改性、耐溫提高和低成本化研究,為推進聚乳酸大面積應用做出貢獻。
桐油酸酐在改性淀粉表面形成柔性界面層,起到增韌增強的作用
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