第一作者：杨伟军
通讯作者：马丕明，翁云宣
通讯单位：江南大学
聚乳酸(PLA)是一种来源于淀粉的高分子材料，具有固有的生物可降解性、良好的生物相容性、机械强度和良好的加工性能，被认为是石油基高分子材料的理想替代品之一。然而PLA因其结晶缓慢、耐热性差和功能单一的缺点，大大限制了它的大规模应用。Tsuji等人发现左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA）形成的立构复合晶体（SC）相比于均质晶体（HC）具有更好的耐热性能，熔化温度明显提高了50℃以上。为了扩大耐高温聚乳酸的应用范围，可以利用无机颗粒/纳米颗粒(如Au和SiO 2)构建立体复合物材料来设计一些有趣的功能。木质素是仅次于纤维素的第二丰富的天然生物大分子，木质素纳米粒子因其独特的紫外光屏蔽和抗氧化性能而受到人们的广泛关注。
因此在本工作中，通过构建界面的立构复合晶体，制备了耐紫外线和耐热的PLA/纳米木质素复合膜。首先以木质素的羟基为引发剂，通过开环聚合成功得到木质素与PLLA的接枝共聚物（LNP-g-PLLA）。
方案1：LNP-g-PLLA的制备
通过透射电镜拍摄了LNP和LNP-g-PLLA接枝共聚物的微观形貌，发现LNP被PLLA包裹（厚度约为5nm）。
图1：LNP和LNP-g-PLLA接枝共聚物的透射电镜微观形貌
随后，我们通过溶液成膜的方法制备了含有不同组分LNP-g-PLLA的PDLA/PLLA-g-LNP复合膜，并对其结晶性、耐热性、光学性能和形貌等进行了表征。DSC曲线和WAXD谱图的结果表明，LNP-g-PLLA和PDLA的界面出形成了SC晶体，接枝共聚物可以作为一种有效的成核剂。
图2：PDLA和PDLA/PLLA-g-LNP复合膜的a）DSC曲线；b）WAXD谱图
方案2：PDLA和LNP-g-PLLA的界面立构复合晶体
正如之前所设计的那样，PDLA/PLLA-g-LNP复合膜展现出了紫外屏蔽性能和耐热性能。例如PDLA/9g-LNP和PDLA/15g-LNP的紫外屏敝率接近100%，特别是PDLA/15g-LNP复合膜具有良好的耐热性，在80℃的储能模量为547 MPa，140℃也能保持在264 MPa，而纯PDLA在80℃和140°C时的存储模量仅为12 MPa和4 MPa。
图3：PDLA和PDLA/PLLA-g-LNP复合膜的紫外光谱图
图4：PDLA和几种具有代表性的PDLA/PLLA-g-LNP复合膜的动态热机械分析图
该工作开发的PLA/PLLA-g-LNP复合膜由于其耐热性和紫外屏蔽性能，使得该复合膜在一些可加热和紫外线的封装中具有很大的应用潜力。相关成果发表于ACS Sustainable Chemistry ＆ Engineering，由江南大学化学与材料工程学院杨伟军副教授、北京工商大学翁云宣教授、马丕明教授等共同完成。该工作得到国家自然科学基金(51903106和51873082)、中国轻工业委员会绿色塑料加工与质量评价技术重点实验室、北京工商大学(北京100048)、江苏省杰出青年自然科学基金(BK 20200027)的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05559
