环保型生物聚酯基纳米复合薄膜，具有更高的抗光氧化性

2022-08-24 16:39:19  信息编号：K223231  浏览次数：459

来自意大利的科学家已经展示了创新的抗光氧化生物聚合物材料的开发。他们的研究已发表在《材料》杂志上。

基于生物聚合物的纳米材料

近年来，高性能生物聚合物基纳米复合材料引起了广泛的研究关注。这是因为它们有潜力帮助行业实现其可持续性和循环性目标。由于包含纳米填料，这些材料还显示出增强的特性和性能。

在最近的研究中已经探索了多种纳米填料，包括二氧化硅、硅灰石、碳纳米管、层状双氢氧化物 (LDH) 金属氧化物、氧化石墨烯和埃洛石纳米管。少量纳米填料被添加到复合材料中，通常在 1 到 10 wt% 之间。

纳米填料增强了生物聚合物复合材料的性能，例如机械性能、阻燃性、阻隔性能和热化学性能。此外，为了改善纳米填料的分散性和相容性，它们经过化学处理和/或有机改性。

乳酸脱氢酶

LDH 是具有堆叠水镁石Mg(OH) 2结构的原始陶瓷，其中2D Mg(OH) 6片通过相邻Mg(OH) 6八边形之间的边缘共享而连接。长久阳离子层电荷是由一些M 2+离子被M 3+离子取代而引起的。在层间空间中，氢键吸引水分子和可交换的电荷平衡阴离子。

LDHs作为超分子异质杂化结构的载体，因其在交换阴离子的同时吸收有机化合物的能力而受到了广泛的研究关注。然而，它们不能交换碳酸根阴离子。

生物聚合物和聚合物纳米复合材料的当前挑战

然而，尽管在生物聚合物纳米复合材料领域进行了一些非常有前景的研究，但在考虑将这些材料完全商业化之前，研究人员仍必须克服一些关键挑战。

基本问题之一是氧化降解，这是由纳米颗粒的存在引起的。在制备和加工过程中以及在材料的使用寿命期间都会发生光氧化和热氧化变性。

纳米填料可以加速降解，这限制了生物聚合物和聚合物纳米复合材料的大规模产业化。通常将光稳定剂和抗氧化剂添加到纳米复合材料中以稳定它们并避免这个关键问题。

一些研究表明，有机杂质和/或过渡金属离子的存在以及材料在纳米陶瓷（如 LDH）中的不当分布在降解中起关键作用。不适当的分散会导致纳米复合材料内的团聚和聚集体的形成。此外，稳定颗粒可能会被困在陶瓷层之间，导致失活。

另一个关键问题是稳定分子的热稳定性差。这会导致在高温下挥发，这在加工过程中很常见。挥发会导致稳定分子从本体迁移到表面。

当前文献中提出了两种不同的方法来克服这些问题并改进纳米复合材料。第一种方法利用化学键将稳定分子锚定在聚合物链和/或颗粒上。

第二种方法使用物理吸附将这些分子固定在表面上。这两种方法都允许稳定分子在颗粒/主体基质界面（通常开始降解的关键区域）施加影响，并保留稳定功能。

研究

作者使用 LDH 作为两种受阻胺光稳定剂 HALS1 和 2 的载体分子。熔体混合用于将纳米填料引入生物聚合物基质中，从而形成掺入 LDH 的生物聚合物复合材料。该方法允许稳定剂作用于基体/无机制品界面并发挥其稳定性能。

通过这种创新方法，作者能够制造出具有增强抗氧化性能的纳米复合薄膜。采用差示扫描量热法、流变分析和形态分析来表征制备的纳米复合材料。在紫外线照射下评估抗光氧化性。

通过将稳定剂锚定在 LDH 上，可以保护生物聚合物纳米复合材料免受 UVB 照射引起的降解。这是由于稳定颗粒能够在无机颗粒和生物聚合物基质之间的界面处发挥作用，这是一个关键的降解区域。改性和未改性的基于 LDH 的纳米复合材料均使用熔融混合制备。

分析结果表明新型纳米材料在生物聚合物基质中的有效分散和分布。光氧化降解测试表明游离 HALS 的存在是有益的。锚定的 HALS 纳米复合材料表现出更好的性能。

综上所述

该研究展示了一种制备环保、可持续、高性能生物聚合物纳米复合薄膜的创新方法，该薄膜具有增强的光氧化降解保护作用。

由于在基质/无机颗粒界面处存在 HALS1 和 HALS2，制备的纳米复合材料可提供出色的抗光氧化降解保护。研究中提出的新型 LDH/HALS 结合的生物聚合物纳米复合材料可考虑用于未来的工业规模应用。