生物基高分子具有绿色环保可再生等优点,但综合性能难以与传统高分子材料相媲美。聚乳酸(PLA)作为生物基高分子中的佼佼者,具有优异的生物降解性、生物相容性与力学强度,但其韧性差,制约了它的应用。植物油作为一类低成本的可再生资源,可用作PLA的潜在增韧剂,然而植物油与聚乳酸相容性差,通过简单共混或引入嵌段共聚物增容,均难以获得理想的增韧效率。即便是可用作增塑剂的环氧大豆油(ESO)与PLA共混后,增韧效率也并不理想。
西南大学曾建兵教授课题组长期从事聚乳酸增韧改性研究,最近利用动态硫化技术,将环氧大豆油与癸二酸预固化后,与PLA动态硫化,制备了全生物基超韧聚乳酸/环氧大豆油树脂(PLA/VESO)共混物。研究发现通过调节癸二酸与环氧大豆油比例,构筑不同化学结构(从二聚体到支化与交联:图1)的环氧大豆油树脂,可实现对PLA/VESO相态结构、分散相粒径与增韧机理的调控,环氧大豆油树脂在动态硫化的同时,还与PLA发生了界面增容反应(图2),从而实现PLA超韧化,PLA含量为80wt%,断裂伸长率最高可达600%以上,缺口冲击强度可达540J/m。
图1. 不同羧基/环氧比的环氧大豆油树脂的化学结构示意图
图2. PLA与VESO动态硫化反应机理
研究表明该超韧PLA/VESO共混物的增韧机理为分散相VESO内成穴诱导PLA基体的剪切屈服(图3),与大多数文献报道的超韧PLA增韧机理一致。
图3. 全生物基超韧PLA/VESO共混物的增韧机理
研究成果近期发表于Macromolecules杂志,第一作者为西南大学化学化工学院硕士生赵桐辉同学,通讯作者为北京工商大学翁云宣教授与西南大学曾建兵教授。该研究获得了国家自然科学基金、重庆市基础科学与前沿技术研究项目、塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室(北京工商大学)开放课题与中央高校基本科研业务费的资助。
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