生物可降解塑料PBS与天然可降解高分子材料共混改性研究进展

介绍了当前可生物降解塑料PBS与各种天然可降解高分子材料共混改性的方法和加工工艺,以及改性后材料的力学性能、热学性能以及降解性能的变化。     

生物可降解塑料的改性研究进展

生物可降解塑料是一类可由自然界微生物作用使其降解的高分子聚合物。由于其具有良好的生物降解性及生物相容性使其成为当前高分子材料领域研究的热点。但在具体实际应用中仍然存在一些不足,因此国内外研究人员也对其开展了相应的改性研究。首先对高分子生物可降解塑料的种类、合成、优劣势以及应用进行了比较,继而综述了近年来生物可降解塑料改性的研究进展,并对化学改性和物理改性进行了比较,最后对生物可降解塑料改性中存在的问题进行了分析并对其在未来的发展应用作出了总结与展望。     

纳米纤维素/生物塑料界面改性方法及其研究进展

纳米纤维素与生物塑料的界面相容性是影响复合材料性能的重要因素,因此,改善两者界面相容性也逐渐成为当前研究的热点。根据近年来其发展历程,综述了生物塑料和纳米纤维素的改性方法,详细介绍了纳米纤维素与聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等生物可降解生物塑料复合材料的界面改性研究进展,并对纳米纤维素/生物塑料复合材料的发展进行了展望。     

聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混改性聚乳酸(PLA)高性能全生物降解复合材料研究进展

聚乳酸(PLA)作为一种可降解、可再生的聚合物,其优异的生物相容性和高强度、高模量的力学性能引起了许多学者的关注。聚乳酸基生物复合材料自进入人们的视野以来,由于其固有的延展性差、冲击强度低,加工过程结晶速率慢,结晶度小等缺陷,严重阻碍了其发展。关于PLA的改性研究在近十年里从未间断过,主要集中在增塑改性、增强改性、增韧改性。增塑改性是指向PLA中加入乳酸低聚物、柠檬酸酯、聚乙二醇等小分子化合物,减少PLA分子链间的相互作用,改善PLA的塑性,断裂伸长率大幅度提高,但增塑剂易渗出、迁移是如今面临的一大难题;增强改性是指向PLA加入无机填料或纳米粒子(二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO_2)、碳酸钙(CaCO_3)、滑石粉(Talc)、蒙脱土(MMT)等)引发异相成核,改善PLA的结晶性能,但无法从根本上解决材料韧性差的缺陷;增韧改性是指加入橡胶粒子或热塑性弹性体(天然橡胶(NR)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)等),虽然在一定程度上改善了PLA的韧性,但PLA的生物降解性无法保证;随着一些可降解聚酯(聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等)的产生,在不改变降解性能下,对PLA进行有效的增韧改性,是聚乳酸改性研究的主要方向和研究热点。PBAT作为一种可降解聚酯聚合物,链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性,赋予了其优异的柔韧性,与其他聚酯材料相比,这一优势是作为增韧改性PLA的最佳选择。在早期PLA/PBAT的研究过程中就发现,由于分子链段上结构的巨大差异,PBAT与PLA的相容性差导致共混物力学性能不佳。近十年里,研究者在聚合物共混改性的基础上,选择合适的第三组分对PLA/PBAT共混体系进行改性,并取得了丰硕的成果。目前,PLA/PBAT共混体系的增韧后冲击强度由纯PLA的2.3 kJ/m2提高至61.9 kJ/m2。本文归纳了PBAT增韧改性PLA共混体系复合材料的研究进展,分别对物理共混(无机填料或纳米粒子和物理相容剂)、反应性共混增容剂改性PLA/PBAT体系进行了介绍,分析了PLA/PBAT共混改性体系面临的问题并展望其前景,以期为制备高性能全生物降解PLA/PBAT复合材料提供参考。     

生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的研究进展

聚β-羟基丁酸酯具有良好的生物相容性和生物可降解性,主要利用细胞发酵来进行生产,其主要合成途径有遗传工程菌发酵生产、植物生产、活性污泥等工程生产法,常用的提取方法有溶剂萃取法、化学试剂法、酶法等,主要改性方法有共聚改性、与纳米材料改性以及与其他高分子材料共混改性等。筛选和构建高产菌株、优化提取工艺、深化改性研究是聚β-羟基丁酸酯今后的主要研究方向。     

食品包装材料生态化发展下的非石油基降解塑料

目前常用的非石油基降解塑料可分为全淀粉型、化学(人工)合成型和天然高分子(以淀粉为主)与合成高分子共混型3种类型。淀粉基生物降解塑料能完全生物降解,制成的薄膜具有良好的透明度、柔韧性、抗张强度,不溶于水,无毒,故市场占有率高,被广泛应用于食品包装、食品容器和一次性餐饮具等;聚乳酸生物降解塑料力学性能与聚丙烯相似,并具有与聚苯乙烯相似的光泽度、清晰度和加工性,同时具有无毒、无刺激性、强度高、易加工成型和优良的生物相容性等特点,是一种能够真正实现生态和经济双重效益的、发展速度最快的生物降解塑料;聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料综合性能优良,性价比合理,故在食品包装、一次性餐具、药品包装瓶、生物医用高分子材料以及汽车零部件等领域均具有良好的应用前景。非石油基降解塑料作为包装材料是必然趋势,其得到广泛应用的关键在于提高材料的改性技术与控制成本,同时须保证其对人体无毒无害,强调个性化,并注重提高市场接受度。     

木质素增强生物塑料的研究进展

目的综述国内外木质素增强生物塑料的研究进展,为进一步开发木质素在可降解塑料包装领域中的应用提供科学的理论依据。方法概括木质素的常用提取方法以及木质素增强聚乳酸,聚羟基烷酸酯,聚丁二酸丁二醇酯和聚己内酯这四种可商用生物塑料的研究进展,总结了木质素生物塑料复合材料在包装等行业的应用和发展。结果在生物塑料中加入木质素是改善生物塑料力学性,热学性,紫外阻隔性,阻燃性等性能的有效途径。结论大量研究结果表明,利用木质素增强生物塑料既可以改善生物塑料的性能,又可以降低生产成本。但是木质素在生物塑料的分散性很大程度上抑制了性能的提高,因此研究简单环保的改性方法进一步提高两相相容性仍是今后值得关注的重点方向。     

废旧塑料包装改性共混再生节能减碳新主张(上)

废旧包装再生塑料再生料改性技术的种类很多,常用的有共混改性、填充改性、增强改性、增韧改性、接枝改性、催化裂解和热裂解等方法。根据废旧塑料共混改性是大力发展的高新技术,研究了再生塑料共混改性的技术方法,介绍了废旧塑料物理改性利用的相容剂,同时指出了废旧塑料的共混增容改性回收再生利用技术研发。     

聚乳酸增强增韧的研究进展

聚乳酸（PLA）作为一种新型的生物可降解材料,来源广泛、加工性能良好,但其硬而脆的属性限制了其在一些领域的应用。近年来,人们采用多种方法对PLA进行增强增韧改性以获得最优性能。文中针对PLA的特性、功能化和高性能化的发展趋势,并结合笔者课题组有关PLA的工作,首先揭示了PLA增强增韧的机理,然后从化学改性和物理改性两方面介绍了PLA的改性方法,随后讨论了聚乳酸与生物降解型和非生物降解型聚合物组成的复合材料,最后总结了聚乳酸在绿色电子器件、生物医用材料、形状记忆功能材料等领域中的应用,并对其未来的发展形势做出了展望,为开发新型聚乳酸增强增韧策略提供新的方法和思路。     

一种可降解耐磨塑料编织袋及其制备方法

一种可降解耐磨塑料编织袋及其制备方法,包括以下工艺：酚化木质素、木质素磺酸钠、5?羟甲基糠醛升温反应,得到酚醛树脂;与二异氰酸酯反应;利用其改性淀粉,与聚丁二酸丁二醇酯混合挤出,得到可降解母粒;可降解母粒、聚乙烯、填料、加工助剂挤出成膜,切割得扁丝,编织得编织袋。本技术通过淀粉进行改性,进行疏水、极性改性,促进改性淀粉与PBS的相容;淀粉所使用的改性剂由木质素原料、生物质醛反应得到,为酚醛树脂,具备一定可降解能力,并能够改善复合材料的耐磨性和力学性能。填料经过偶联剂和氯化锌处理,在物料共混挤出阶段,促进体系交联,提高编织袋的力学性能和耐磨性能。     

非石油基食品包装降解塑料的研发进展及应用

目的论述以天然高分子生物为原料的非石油基生物降解塑料的研究现状。方法对从20世纪80年代以来,研究人员采用改性、高分子设计、纳米技术、转基因技术发展非石油基生物降解塑料的研究进程、成果、应用和展望进行较系统的综述和探讨。结论目前形成的天然高分子化学改性—纳米改性复合—转基因作物生产的研发链及成果呈现出美好前景,在食品和医药包装上获得了越来越广泛的应用,今后应进一步解决文中提出的关键技术和安全性评价。     

从二氧化碳制备生物可降解塑料——机会与挑战

从CO2制备塑料成为目前化学化工领域备受关注的研发方向,其原因一方面在于CO2作为化工资源的规模化利用,另一方面则是所得到的塑料具有生物可降解性能,为解决长期制约生物降解塑料发展的性价比难题提供了难得的机遇。本报告介绍了二氧化碳基塑料研发方面的最新进展,指出生物降解只是二氧化碳基塑料的诸多性能之一,但不是实现其规模化应用的决定因素。不断提高其性价比,使其与普通塑料相比有竞争力,是二氧化碳基塑料面临的最大挑战。二氧化碳基塑料的性价比取决于其高效合成和性能改善的程度,一方面其高效制备受制于催化剂活性、聚合工艺、聚合后处理技术等因素,其中提高催化活性是降低其成本的核心。另一方面,二氧化碳基塑料的玻璃化温度较低(35℃左右)、且为无定型结构,存在尺寸稳定性差(40℃以上)和低温脆性(18℃以下)的问题,能否在保持生物降解性能的前提下,解决低成本的高温增强和低温增韧难题,是二氧化碳基塑料改性的关键。     

探密聚合物改性中的相容技术

高分子增容剂应用在塑料改性中,得到性能很好的共混性材料。近些年,相容化技术推动了改性工程塑料的迅猛发展,广受业内重视。针对塑料物改性相容剂的作用、性能及其品种,介绍了相容剂改善聚合物性能应用广泛,研究了塑木材料专用相容剂,同时提出了塑料改性相容剂的应用。     

生物降解塑料在国内外的研究进展及发展趋势

近年来,世界各国均加大力度禁止和限制不易回收、易污染的一次性塑料产品。生物降解塑料成为替代一次性塑料产品的最佳选择。生物降解塑料分为生物基和石化基两大类。前者按制作方法细分为完全生物降解塑料（全淀粉生物降解塑料、微生物发酵和化学合成共同参与获得的生物降解塑料、微生物合成型生物降解塑料、共混型生物降解塑料）和不完全生物降解塑料。后者是以煤或石油等化石能源为原料,用化学合成法由单体聚合而成,代表性品种有聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚碳酸亚丙酯（PPC）等,该类塑料均基于脂肪族聚酯,分子链上的酯基结构决定了它们易被微生物或酶降解。从上述各类生物降解塑料的加工制作方法、性能特点、应用场合以及全球、国内外产能状况展开论述。未来,我国应重点发展淀粉基、PLA、 PBAT等三大生物降解塑料,应重视对高分子设计法的研究。     

天然高分子/PVA可生物降解材料研究

聚乙烯醇(PVA)的化学稳定性及成膜性较好,可以完全生物降解,与天然高分子材料的相容性好,已被广泛应用于与天然高分子材料复合制备可生物降解材料。综述了淀粉/PVA复合材料、纤维素/PVA复合材料、壳聚糖/PVA复合材料、木质素/PVA复合材料及蛋白质/PVA复合材料的研究进展,并对其作为可生物降解材料替代某些通用塑料的应用前景进行了展望。     

聚乳酸的阻隔性能改性研究进展

包装材料呈现出多元化发展的同时,产生了大量不可回收、不可降解的塑料垃圾,对生态环境造成了严重危害。聚乳酸(PLA)是一种完全可生物降解的新型高分子材料,其力学性能、生物相容性、可降解性能良好,已成为包装材料研究和应用的热点。但传统PLA的阻隔性能无法满足应用要求,限制了其使用范围。通过提高结晶度与改善晶体形态、聚合物共混、纳米颗粒共混对PLA的阻隔性能进行改性,推动其在各行各业的转化应用。随着改性加工技术的发展,PLA将会在医学材料、包装材料、建筑材料、生活用品等领域得到广泛应用。     

Tailoring impact toughness of poly(L-lactide)/poly(ε-caprolactone) (PLLA/PCL) blends by controlling crystallization of PLLA matrix

Melt blending poly(L-lactide) (PLLA) with various biodegradable polymers has been thought to be the most economic and effective route to toughen PLLA without compromising its biodegradability. Unfortunately, only very limited improvement in notched impact toughness can be achieved, although most of these blends show significant enhancement in tensile toughness. In this work, biodegradable poly(ε-caprolactone) (PCL) was used as an impact modifier to toughen PLLA and a nucleating agent was utilized to tailor the crystallization of PLLA matrix. Depending on the nucleating agent concentrations in the matrix and mold temperatures in injection molding, PLLA/PCL blends with a wide range of matrix crystallinity (10-50%) were prepared by practical injection molding. The results show that there is a linear relationship between PLLA matrix crystallinity and impact toughness. With the increase in PLLA crystalline content, toughening becomes much easier to achieve. PLLA crystals are believed to provide a path for the propagation of shear yielding needed for effective impact energy absorption, and then, excellent toughening effect can be obtained when these crystals percolate through the whole matrix. This investigation provides not only a new route to prepare sustainable PLLA products with good impact toughness but also a fresh insight into the importance of matrix crystallization in the toughening of semicrystalline polymers with a flexible polymer.     

Environmentally degradable, high-performance thermoplastics from phenolic phytomonomers

Aliphatic polyesters, such as poly(lactic acid), which degrade by hydrolysis, from naturally occurring molecules form the main components of biodegradable plastics. However, these polyesters have become substitutes for only a small percentage of the currently used plastic materials because of their poor thermal and mechanical properties. Polymers that degrade into natural molecules and have a performance closer to that of engineering plastics would be highly desirable. Although the use of a high-strength filler such as a bacterial cellulose or modified lignin greatly increases the plastic properties, it is the matrix polymer that determines the intrinsic properties of the composite. The introduction of an aromatic component into the thermoplastic polymer backbone is an efficient method to intrinsically improve the material performance. Here, we report the preparation of environmentally degradable, liquid crystalline, wholly aromatic polyesters. The polyesters were derived from polymerizable plant-derived chemicals--in other words, 'phytomonomers' that are widely present as lignin biosynthetic precursors. The mechanical performance of these materials surpasses that of current biodegradable plastics, with a mechanical strength, sigma, of 63 MPa, a Young's modulus, E, of 16 GPa, and a maximum softening temperature of 169 degrees C. On light irradiation, their mechanical properties improved further and the rate of hydrolysis accelerated.