生物質資源合成(chéng)新的生物基平台化合物具有新的分子結構，與石化資源和傳統制造所合成(chéng)的分子結構有所不同，“結構決定性能(néng)”，新結構合成(chéng)的新型生物基聚合物往往與目前石油基聚合的性能(néng)形成(chéng)互補，從而實現高分子材料性能(néng)的提升和可持續發(fā)展。中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術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(zhǒng)工程塑料領域開(kāi)展了系統研究。
近期，在生物基高性能(néng)聚酯研究的基礎上（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(zhǒng)二元多尺度納米材料增強高阻隔、高強韌生物基複合材料新策略，能(néng)夠同時提高聚酯的氣體阻隔性以及力學(xué)性能(néng)，爲制備高性能(néng)生物基聚酯提供了一種(zhǒng)簡便高效的方法。研究人員首先開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)“低聚物膠帶”剝離二維材料技術，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(cháng)徑比（＞1300），因此在聚合物基體中表現出典型的長(cháng)程取向(xiàng)排列行爲（ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, 11, 4633; Nanoscale, 2023, 15, 8870）。同時，相較于傳統的小尺寸二維片層，大尺寸超薄BNNSs表現出了更加優異的物理阻隔作用、耐蝕性及力學(xué)性能(néng)（Chem. Eng. J., 2023, 417, 144377）。
随後(hòu)，研究人員又對(duì)BNNSs表界面(miàn)進(jìn)行多尺度調節，制備了具有多重鑲嵌界面(miàn)的二元多尺度LDH-BNNSs雜化填料，并將(jiāng)其與聚酯進(jìn)行複配得到了生物基聚酯納米複合新材料。僅添加少量（0.05～0.2wt.%）填料，所制備的聚酯複合材料在拉伸強度（133MPa）、楊氏模量（6.22GPa）、韌性（1.84MJ/m3）和氣體阻隔性能(néng)（＞PET的30倍）方面(miàn)同時得到改善。調節二元多尺度BNNSs的界面(miàn)可以顯著提高納米填料利用率，從而實現高的物理阻隔作用和應力傳遞效率。
該研究成(chéng)果以“High-Strength, High-Barrier Bio-based Polyester Nanocomposite Films by Binary Multi-Scale Boron Nitride Nano-sheets”爲題發(fā)表于Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2023, 230863）。甯波材料所博士後(hòu)丁紀恒爲文章第一作者，甯波材料所王靜剛教授級高工和朱錦研究員爲通訊作者。相關工作得到了國(guó)家重點研發(fā)計劃項目（2021YFB3700300）、浙江省自然科學(xué)基金（LGG21B040001）、國(guó)家自然科學(xué)基金面(miàn)上項目（NSFC21975270）、甯波市2025年重點研發(fā)項目（2022Z160）、中國(guó)博士後(hòu)科學(xué)基金（2023M733601）和甯波市自然科學(xué)基金項目（2023I333和2023J409）的資助。
LDH-BNNSs/PEF納米複合聚酯膜性能(néng)
（高分子與複合材料實驗室 丁紀恒）
