【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】生物質(zhì)資源合成新的生物基平臺化合物具有新的分子結(jié)構(gòu)，與石化資源和傳統(tǒng)制造所合成的分子結(jié)構(gòu)有所不同，“結(jié)構(gòu)決定性能”，新結(jié)構(gòu)合成的新型生物基聚合物往往與目前石油基聚合的性能形成互補，從而實現(xiàn)高分子材料性能的提升和可持續(xù)發(fā)展。中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團隊基于生物基高阻隔聚酯、高耐熱聚酯、可降解聚酯、聚酯彈性體、生物基特種工程塑料領(lǐng)域開展了系統(tǒng)研究。
近期，在生物基高性能聚酯研究的基礎(chǔ)上(ACS Sustain. Chem. Eng., 2022, 10, 13595; J. Hazard. Mater., 2023, 457, 131801; Macromolecules, 2023, 56, 5127; Chem. Eng. J.,2022, 447, 137535等)，提出了一種二元多尺度納米材料增強高阻隔、高強韌生物基復合材料新策略，能夠同時提高聚酯的氣體阻隔性以及力學性能，為制備高性能生物基聚酯提供了一種簡便高效的方法。研究人員首先開發(fā)了一種“低聚物膠帶”剝離二維材料技術(shù)，制備了大尺寸超薄氮化硼納米片(BNNSs)等二維材料。由于BNNSs具有超高長徑比(>1300)，因此在聚合物基體中表現(xiàn)出典型的長程取向排列行為(ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, 11, 4633; Nanoscale, 2023, 15, 8870)。同時，相較于傳統(tǒng)的小尺寸二維片層，大尺寸超薄BNNSs表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的物理阻隔作用、耐蝕性及力學性能(Chem. Eng. J., 2023, 417, 144377)。
隨后，研究人員又對BNNSs表界面進行多尺度調(diào)節(jié)，制備了具有多重鑲嵌界面的二元多尺度LDH-BNNSs雜化填料，并將其與聚酯進行復配得到了生物基聚酯納米復合新材料。僅添加少量(0.05～0.2wt.%)填料，所制備的聚酯復合材料在拉伸強度(133MPa)、楊氏模量(6.22GPa)、韌性(1.84MJ/m3)和氣體阻隔性能(>PET的30倍)方面同時得到改善。調(diào)節(jié)二元多尺度BNNSs的界面可以顯著提高納米填料利用率，從而實現(xiàn)高的物理阻隔作用和應(yīng)力傳遞效率。
該研究成果以“High-Strength, High-Barrier Bio-based Polyester Nanocomposite Films by Binary Multi-Scale Boron Nitride Nano-sheets”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials(Adv. Funct. Mater. 2023, 230863)。寧波材料所博士后丁紀恒為文章第一作者，寧波材料所王靜剛教授級高工和朱錦研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目(2021YFB3700300)、浙江省自然科學基金(LGG21B040001)、國家自然科學基金面上項目(NSFC21975270)、寧波市2025年重點研發(fā)項目(2022Z160)、中國博士后科學基金(2023M733601)和寧波市自然科學基金項目(2023I333和2023J409)的資助。(高分子與復合材料實驗室 丁紀恒)
LDH-BNNSs/PEF納米復合聚酯膜性能
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