浙江理工大学特聘教授余厚咏课题组:生物高分子“软硬链段”设计构筑全降解绿色包装材料应用进展

2020-11-29 11:36:17 高分子科学前沿

2020年,国家发改委、生态环境部发布禁塑令要求,并明确了直辖市、省会城市、计划单列城市需在今年底前应完成的禁塑任务,禁塑范围包括这些城市建成区的商场、超市、药店、书店等场所以及餐饮打包外卖服务和各类展会活动等。因此,全生物降解材料的研发、制造和推广迫在眉睫。浙江理工大学特聘教授余厚咏、硕士研究生李芳等人以肉桂酸改性的纤维素纳米晶作为“刚性单元”,从废弃光盘中提取聚碳酸酯(PC)作为“软单元”增强全降解的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)应用于绿色包装材料,该材料具有良好的力学性能、抗氧化、屏蔽紫外线、抗菌、土壤降解等性能。研究表明,均匀分散的CNC-Cc纳米粒子能够改善PHBV和PC的两相相容性,CNC-Cc/PC和CNC-Cc/PHBV之间的分子间氢键相互作用会形成交联网络结构。PC和CNC-Cc之间在PHBV晶体结晶方面的动态竞争机理。与先前研究比较,此研究的PHBV/PC/CNC-Cc复合材料具有显着的机械性能(拉伸强度38.5 MPa;杨氏模量2.19 GPa;断裂伸长率72.4%)机械韧性也比纯PHBV显着提高了821.9%。

图1. CNC-Cc和(b)PHBV/PC/CNC-Cc复合材料的制备流程图。

图2. PHBV复合材料的(a)第一次降温和(b)第二次升温曲线图;(c)PHBV,(d)PHBV/PC,(e)1 wt%,(f)4 wt%,(g)7 wt%,(h)10 wt% PHBV/PC/CNC-Cc复合材料的POM显微照片;(i)复合材料球晶的平均直径;(j)PHBV球晶与PC和CNC-C的动态竞争诱导结晶示意图。

图3(a)PHBV复合材料的拉伸应力-应变曲线;(b)拉伸强度和杨氏模量;(c)断裂伸长率;(d)拉伸强度,杨氏模量和断裂伸长率概述及其他研究。

图4. PHBV及其复合材料的抗菌活性;(b)纯PHBV及其复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率;(c)复合材料的抗菌机理。

图5.(a)CNC,CNC-Cc的抗氧化活性;(b)PHBV复合材料的抗氧化机理;(c)PE,PHBV/PC/CNC-Cc-1和PHBV/PC/CNC-Cc-10包膜苹果的对比测试图。

该工作为全降解包装材料提供了设计思路,尤其是高阻隔抗菌多功能食品包装领域提供了新思路,该工作得到了浙江省高等学校院士结对英才计划、中国科协青年托举人才项目、浙江省自然科学基金重点项目的支持。

参考文献:

“Soft-rigid”synergistic reinforcement of PHBV composites with functionalized cellulosenanocrystals and amorphous recycled polycarbonate. Composites Part B: Engineering,DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108542

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836820335897

来源:高分子科学前沿

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