端羟基超支化聚酯和偶联剂对秸秆(SF)/聚乳酸(PLA)复合材料性能的影响

学术   科技   2024-03-29 09:00   山东  


对环境问题和可持续性发展的关注、石化资源的消耗以及传统石化塑料造成的污染,引起了人们对开发环境友好型天然聚合物和复合材料的重视。以植物纤维和生物塑料为原料制备的生物复合材料不断发展,它们在包装、家具、汽车装饰材料等领域具有应用前景。聚乳酸(PLA)是一种重要的可持续性生物降解聚合物,它是由玉米和小麦等农业原料制备的。其原材料易于获得,且是可持续性的。与其他生物可降解聚合物相比,PLA具有优异的力学性能和热塑性塑料的易加工性。它是一种独特的环境友好的天然生物聚合物。但由于成本高,该聚合物在商业上并未广泛应用。解决该问题的一个方法是在 PLA 中添加低成本组分,如天然纤维、淀粉和矿物质等。这不仅能降低成本,而且还能提高其力学性能或功能。长期以来,因其可持续性、易于获取和较好的机械强度,天然纤维一直是增强聚合物材料的热门选择。天然纤维包括稻草、大麻、亚麻等。

秸秆是来源丰富的主要农业废弃物之一,是小麦、水稻、玉米、土豆、油菜、棉花、甘蔗等作物成熟后的秸秆和叶片的总称。虽然目前中国的秸秆利用率已达到80%,但秸秆作为工业原料的比例相对较低,附加值较低。秸秆的原始形态使用较少,但仍有许多应用,如造纸、纤维板、生物质燃料、手工艺品和生物质碳等。秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。但这些组分的亲水官能团(-OH)与 PLA 的相互作用力较弱,不会促进粘附,从而减少了力分散并削弱了复合材料的机械性能。此外,高亲水性的秸秆增加了吸水率,在纤维周围产生空隙,进一步降低了纤维与基质之间的结合强度。为了获得与 PLA更好的界面性能,必须调整秸秆纤维表面的化学性质。

纤维表面改性是一种相对常用的改善纤维与聚合物基体相容性的方法。提高植物纤维与聚合物基体之间相容性和附着力的方法包括:偶联剂、酶处理、纳米材料涂层等。物理方法有蒸煮、爆破、粉碎等对秸秆进行细化,以改变秸秆纤维的形态和表面活性,但这些方法往往需要大型设备或消耗大量能量。超支化聚合物是一种高度支化的大分子,具有许多分支点和大量的活性端基,如环氧化物、胺和羟基。

安徽工程大学徐珍珍教授等人采用具有丰富的端羟基的超支化聚合物(HPN)对秸秆塑料复合材料进行改性。作者研究了 HPN 浓度对秸秆纤维增强聚乳酸(SF/PLA)的影响。他们采用硅烷偶联剂(CA)改善 SF、HPN 与 PLA 基体的界面相容性,对不同 SF/ PLA 复合材料的力学强度、热性能和耐水性进行了测试和分析。结果发现,当 HPN 的浓度为 6%时,HPN-SF/PLA 具有最佳的机械强度指标。HPN 改性、CA 改性及二者结合对提高材料的力学性能有积极作用。与 UN-SF/PLA相比,HPN+CA-SF/PLA 复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度分别提高了 24.7%、16.6%和 10.8%。用 HPN、CA 及其组合处理 SF/PLA,其结晶度分别从 28%提高到29.4%、36.9%、42.3%。但 HPN 的低熔点导致 SF/PLA 的 Tg、Tm、Tc、Td5%和Tdmax 降低。这些特征温度可以通过添加用于共改性的 CA 来提高。此外,由于 SF表面羟基数量减少和界面结合性能增强,三种改性方法都能够提高 SF/ PLA 复合材料的耐水性。

图. 端羟基的超支化聚合物HNP 处理及 HNP/CA 共处理工艺

文献来源:Fangtao Ruan, Qingyong Yang, Chenguang Kan, Hao Wu, Lihua Zou, Qiaole Hu, Guofeng Wang, Li Yang and Zhenzhen Xu*. Influence of Hydroxyl-Terminated Hyperbranched Polymer and Coupling Agent on the Performance of SF/PLA Composites, Journal of Natural Fibers, 2023, 20:2, 2251683.


晨源分子介绍
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

海晨源分子新材料有限公司成立于2011年,是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学,是中国树枝状聚合物产业化的创始人,先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才,山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家,山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物,荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。


晨源分子目前拥有由多名名校毕业的博士、硕士组成的研发团队,与北京大学、清华大学和上海交通大学等国内外6所高校院所建立了产学研合作,拥有行业内唯一的院士工作站,并获得了政府数千万元的科技支持。


晨源分子建立了亚洲第一条也是唯一一条吨级高纯度树枝状聚酰胺胺生产线以及千吨级超支化聚酯的产业化生产线,实现了树枝状聚合物真正意义上的产业化,填补国内空白,打破了欧美技术垄断。目前,国内知名企业金发、聚隆、横店得邦等均使用晨源分子公司的产品。                

晨源分子公司目前产品共有包括树枝状聚酰胺胺、超支化聚酯、树枝状塑料润滑剂、树枝状改性胶黏剂在内的三大类十多个品种,第一类是高纯度实验级树枝状大分子,主要用于科研及生物医疗,成功销往清华、北大、复旦等100多所高校和医疗公司;第二类是工业级树枝状聚合物助剂产品,主要应用于塑料、胶黏剂、涂料、水处理等工业领域作高性能添加剂使用,销往包括诸多上市公司在内的200多家企业客户;第三类是树枝状改性的下游产品,包括树枝状改性3D打印材料、可降解材料、胶黏剂等,已与国内多家行业龙头企业形成战略合作。
目前,晨源分子主要专注于以树枝状聚合物为核心组分的各种助剂以及复合材料的研发与应用。

百余家高校科研机构及公司购买晨源分子的PAMAM

Nanyang Technological University

Baylor College of

 Medicine

Commonwealth Scientific 

and Industrial Research

 organization

DUROMER PRODUCTS

 PTY   LTD

University of Lodz

University of Utah

北京大学

北京大学口腔医院

北京大学医学院

清华大学

中国科学院理化技术研究所

中国科学院力学研究所

中国科学院上海药物研究所

中国科学院武汉物理与数学研究所

中国科学院新疆理化技术研究所

第二军医大学

二医大长海医院

复旦大学

复旦大学药学院

华东理工大学

解放军九八医院

南开大学

安徽师范大学

北京蛋白质组研究中心

北京海融科技有限公司

北京航空航天大学

北京化工大学

北京科学院药植所

北京理工大学

北京林业大学

北京师范大学

北京药用植物研究所

北京中医药大学

常州割总纳米材料有限公司

常州天震生物科技有限公司

大连化物所

东华大学

东南大学

福州大学

广东工业大学

广东中山大学

广西医科大学

国药集团化学试剂有限公司

哈尔滨工业大学

合肥工业大学

河北大学

赫利森(厦门)生物科技有限公司

黑龙江农科院

湖北工业大学

湖南大学

华南师范大学 

华中科技大学

华中科技大学同济医学院

吉林大学

暨南大学

江苏大学

南昌大学

南方医科大学珠江医院

南京大学

南京理工大学

山东大学

陕西科技大学

上海化学试剂研究所有限公司

上海交通大学

上海师范大学

上海中医药大学

深圳市化试科技有限公司

沈阳药科大学

石河子大学

四川大学

四川大学华西口腔医学院

苏州科技学院

泰安医学院

天津大学

天津工业大学

天津科技大学

同济大学

西安交通大学

西南大学

西南林业大学

西南石油大学

新疆大学

烟台大学

意大利  RADICI

长春应化所

浙江大学

浙江工业大学

浙江农学院

浙江中医药大学

中国科学技术大学

北京化工大学

华南理工大学

中国石油大学华东

中国石油大学(北京)

中国药科大学

中国医学科学院

中国医学科学院生物医用工程研究所

中山大学

重庆医科大学

武汉大学

同济大学医学院

华南农业大学

中南大学

中科院广州化学有限公司


 威海晨源分子新材料有限公司总部

销售电话:0631-5582236

公司邮箱:info@whcyd.com

公司传真:0631-5987348

邮       编:264211

公司地址:威海市临港经济技术开发区江苏东路碳纤维产业园

树枝状及超支化聚合物
中国首家树枝状聚合物行业自媒体,行业领军人物指导创办
 最新文章