寧波材料所聚乳酸／生物質復合材料研究獲系列進展

　　 由于聚乳酸相對于石油基塑料具有優異的生物可降解性，使其能夠在一次性注塑、發泡和吹膜領域大規模替代石油基塑料來解決日益嚴重的“白色污染”問題，目前已經得到全世界的大力推廣。鑒于此，我國近年來也在相關領域頒布了相應的法律法規禁止非降解一次性塑料如PP、PE和PS的使用。針對聚乳酸存在的耐熱性差、價格高、韌性差等難題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所生物基高分子材料研究團隊對此作了深入的研究，并取得了系列進展。

　　在前期的工作中，該團隊通過合成聚乳酸用生物基結晶成核劑成功解決了聚乳酸耐熱差的關鍵問題，從而拓展了聚乳酸在傳統塑料等相關領域的應用范圍，但這種耐熱改性又會進一步增加聚乳酸的成本，進一步限制其在一次性應用領域的應用。目前，價格較高（相對于傳統石油基通用塑料）是限制聚乳酸廣泛應用的關鍵因素。近年來，為了降低聚乳酸的應用成本并保持聚乳酸的生物可降解，利用價格低廉、來源廣泛//可生物降解和持續利用的生物質如木質素、纖維素、竹粉和淀粉等生物質填充復合聚乳酸已經成為環保塑料中發展最為迅速的一個方向。

　　但是，在聚乳酸/生物質復合材料中，由于聚乳酸與纖維素、淀粉或竹粉等生物質填料之間親疏水差異明顯，導致聚乳酸/生物質復合材料界面相容性非常差。同時，一般生物質填料均屬于大尺寸剛性顆粒，其在聚乳酸基體中的存在很容易產生應力集中，誘發裂紋，導致該類復合材料斷裂強度和延展性非常差，應用嚴重受阻。因此，研究聚乳酸/生物質復合材料中生物質填料親疏水的改變對界面相容性的影響以及降低生物質對聚乳酸基體誘發裂紋能力的研究將對這類材料的開發和應用具有重要的意義。

　　針對該問題，該團隊首次利用高活性反應型生物基增容劑如環氧大豆油（ESO）、環氧腰果酚殼油（Epicard）、衣康酸環氧樹脂、檸檬酸環氧樹脂等對該類復合材料進行了界面改性研究，制備出了高性能且滿足應用要求的全生物基可降解環保型聚乳酸復合材料。同時，對高活性反應型生物基增容劑如何改善親水生物質剛性粒子與疏水聚乳酸基體的界面相容性進行了詳細機理研究和分析（圖1）。

　　研究發現高活性反應型生物基增容劑改善聚乳酸/生物質填料界面相容性的主要原因是其在反應擠出加工中富集到生物質填料的表面，從而改變了生物質填料的親水界面本質，實現了疏水聚乳酸在親水生物質填料界面的浸潤，從而提高了該類復合材料的界面相容性和機械性能，相關成果已發表(Carbohydrate Polymers, 2013, 92: 810–816； Carbohydrate Polymers, 2013, 94: 235–243； Carbohydrate Polymers, 2013, 95: 77–84； Composite Science and Technology, 2014, 94: 16-22； Composites Science and Technology, 2014, 90, 9-15； ACS Industrial and Engineering Chemistry Research, 2014, 53: 10653-10659； Journal ofApplied Polymer Science, 2015, DOI: 10.1002/APP.41220； International Journal of Biological Macromolecules, 2015, in press )，已獲授權2項中國ZL（CN201210123934.5； CN20121 0062675.X）。最終，通過該方法，研究人員制備出了符合應用需求的各種注塑、吸塑一次性可降解產品（圖2，3），預計在不久的將來能夠有效緩解“白色污染”的環境問題。

圖1 高活性反應界面增容劑增容聚乳酸/淀粉復合材料機理示意圖

圖2 高活性反應界面增容劑增容聚乳酸/淀粉復合材料注塑產品

圖3 高活性反應界面增容劑增容聚乳酸/淀粉復合材料吸塑產品