首页 > 行业资讯 > 浙大王文俊/杨轩团队 ACS Sustain. Chem. Eng. 封面:纤维原位解离制备纳米纤维素增强的生物可降解复合材料

浙大王文俊/杨轩团队 ACS Sustain. Chem. Eng. 封面:纤维原位解离制备纳米纤维素增强的生物可降解复合材料

时间:2023-07-23 来源: 浏览:

浙大王文俊/杨轩团队 ACS Sustain. Chem. Eng. 封面:纤维原位解离制备纳米纤维素增强的生物可降解复合材料

化学与材料科学
化学与材料科学

Chem-MSE

聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态,与相关机构共同合作,发布实用科研成果,结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素,构建其科技产业化协同创新平台,服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

以下文章来源于ACS材料X ,作者ACS Publications

ACS材料X .

探索科学,前瞻未来

点击蓝字关注我们

在聚合物加工过程中,采用纤维原位解离方法,可一步制得纳米纤维素增强的聚合物纳米复合材料,实现纳米纤维素在聚合物基体中的均匀分散。该制备方法操作简单,能极大提升复合材料性能。

生物可降解聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)因力学性能不足而制约了其应用领域。通过与纤维素纤维等天然高分子材料的复合,可有效提升PBAT的力学性能,并保持其生物降解性。然而,常规纤维尺寸大,因此很难用于薄膜加工。纳米级的纤维素纳米纤维(CNF)具有高的长径比,是一种理想的薄膜增强填料;但其制备过程较为复杂,在聚合物基体中也很难实现均匀分散。为此, 浙大王文俊/杨轩团队 报道了一种纤维原位解离方法,通过将一种改性的天然纤维与PBAT进行熔融共混,在聚合物加工过程中实现纤维的原位解离,直接制备纳米纤维素增强的复合薄膜材料,在实现纳米填料在PBAT基体中良好分散的同时,避免了直接使用CNF时因其原料体积占比大而增加加工难度的问题,同时节省了制备CNF的工序,节约成本。所制得的复合材料具有良好的力学和降解性能,突破了纤维素纤维在聚合物复合薄膜中的应用局限,具有很好的工业应用前景。

图1. 纤维原位解离制备PBAT/CNF复合膜
要在“无水”的聚合物熔体中实现纤维原位解离,就需对纤维素纤维内外同时进行改性。然而,常规的改性方法只能涉及纤维表面,难以深入到纤维的内部。该团队杨轩研究员前期报道了一种富含半纤维素的综纤维素纤维(Holo-Fiber)( ACS Nano , 2020, 14, 724-735),发现利用半纤维素润涨纤维细胞壁,可促进对纤维内部的化学改性。因此,本工作使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)对Holo-Fiber进行硅烷改性,改性后的纤维表面粗糙,直径从31±8 μm增至49±12 μm,这种纤维“变粗”现象说明APTES不仅与Holo-Fiber的表面化学基团进行了反应,而且还与纤维内部化学基团相互作用,实现纤维内外的均匀改性。
图2. (a)红外光谱图;(b)固体 13 C核磁共振谱图;(c, d)纤维改性前后的光学显微镜照片。
利用纤维原位解离方法,在PBAT中仅引入1 wt.%的改性纤维,复合材料的模量和拉伸强度分别提高了82%和13%,同时断裂伸长率能保持在370%,这与文献报道的使用5~20 wt.%纤维负载量的增强效果相当、甚至更好。
图3. CNF增强PBAT复合材料的(a)模量,(b)拉伸强度,(c)屈服强度,(d)断裂伸长率,(e)韧性,(f)本工作和文献报道的纤维素增强复合材料力学性能的Ashby对比图。
图4为含1wt.%改性前后Holo-Fiber通过原位解离方法制得的PBAT纳米复合材料的扫描电子显微镜(SEM)照片和X射线计算机断层成像扫描(X-ray CT)图像,结果表明改性的纤维能有效地实现纤维原纤化生成CNF,并实现CNF在PBAT基体中均匀分散。
图4. 含1wt.% (a, b)Holo-Fiber和(c, d)APTES-Holo-Fiber PBAT复合膜的SEM照片和X-ray CT图像。在X射线CT图像中,PBAT基质呈蓝色,纤维素材料为淡绿色,小于1.4 μm的纤维素碎片无法测到。
PBAT复合膜碱溶液水解和土壤埋藏试验表明CNF的引入加速了PBAT的降解。
图5. PBAT膜和1wt.%APTES-HOLO-Fiber复合膜在(a)碱溶液和(b)土壤中的降解试验
相关成果近期以“Biodegrable Poly(butylene adipate-co-terephthalate) Nanocomposites Reinforced with In-situ Fibrillated Nanocelluloses”为题发表在 ACS Sustainable Chemistry & Engineering , 2023, 11, 9947,并被遴选为当期封面。论文的共同第一作者为浙江大学衢州研究院、浙江大学工程师学院 王智仁 硕士和浙江大学化学工程与生物工程学院博士后 金克霞 博士,通讯作者为浙江大学化学工程与生物工程学院、浙江大学衢州研究院 杨轩 研究员和 王文俊 教授。该团队已在生物质基环保高性能材料方面开展了系列工作( ACS Sustainable Chemistry & Engineering , 2018, 6, 6654;  Carbohydrate Polymers , 2020, 247, 116687;  Polymer , 2020, 197, 122518;  Green Chemistry , 2023, 25, 4696等)。
相关工作获国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划、山东省重点研发计划(重大科技创新工程)等项目的资助和支持。

被遴选为当期封面

向上滑动阅览

原文链接

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00474

相关进展

浙大王文俊与刘平伟团队 Macromolecules封面:具有优异流变和机械性能的梳状聚烯烃热塑性弹性体

浙江大学王文俊教授团队:基于荧光能量共振转移的光/力致双重响应荧光变色材料

免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。邮箱:chem@chemshow.cn

扫二维码|关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程及生物医学工程等产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn,并请注明详细联系信息。化学与材料科学会及时选用推送。

版权:如无特殊注明,文章转载自网络,侵权请联系cnmhg168#163.com删除!文件均为网友上传,仅供研究和学习使用,务必24小时内删除。
相关推荐