ODA⁃TA@L⁃CNC的制备及对多功能PLA复合膜的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.003

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (12): 14-22.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.003

ODA⁃TA@L⁃CNC的制备及对多功能PLA复合膜的影响

孙子佳(), 雒翠梅, 王启航, 王旭洁, 母军()

木质材料科学与应用教育部重点实验室，北京林业大学，北京 100083

收稿日期:2023-06-16 出版日期:2023-12-26 发布日期:2023-12-26
通讯作者: 母军（1970-），女，教授，从事木质复合材料研究，mujun@bjfu.edu.cn
E-mail:1804589987@qq.com;mujun@bjfu.edu.cn
作者简介:孙子佳（1999-），女，硕士在读，从事木塑复合材料研究，1804589987@qq.com

Preparation of ODA⁃TA@L⁃CNC and its effect on multifunctional PLA composite films

SUN Zijia(), LUO Cuimei, WANG Qihang, WANG Xujie, MU Jun()

Key Laboratory of Wood Material Science and Application，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China

Received:2023-06-16 Online:2023-12-26 Published:2023-12-26
Contact: MU Jun E-mail:1804589987@qq.com;mujun@bjfu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以竹剩余物为原料制备木质纤维素纳米晶（L⁃CNC），利用单宁酸（TA）中邻苯二酚基团的化学反应活性，将十八胺（ODA）接枝到L⁃CNC表面对其改性，采用溶液浇铸法制备聚乳酸（PLA）复合膜，探讨了改性前后不同含量L⁃CNC对PLA复合膜力学性能、抗氧化性能、紫外屏蔽性能及疏水性能的影响。结果表明，ODA通过TA接枝到L⁃CNC表面可以提高L⁃CNC与PLA的相容性；当改性物ODA⁃TA@L⁃CNC的含量为PLA的1 %（质量分数，下同）时，复合膜的断裂伸长率和断裂韧性分别为20.42 %和8.55 MJ/m³，是纯PLA膜的4倍和11倍，拉伸强度达到46.84 MPa；疏水性能得到显著改善，1 min内接触角稳定达到约100°；当ODA⁃TA@L⁃CNC含量为1.5 %时，复合膜的DPPH自由基清除率为49.30 %，表现出良好的抗氧化性能；在紫外区波长范围内的平均阻隔比为44.81 %，可以屏蔽大部分UVB（280~320 nm）光谱。

关键词: 聚乳酸, 木质纤维素纳米晶, 单宁酸, 十八胺, 复合膜

Abstract:

Lignocellulosic nanocrystals （L⁃CNC） were prepared by using bamboo residue as a raw material and then modified by grafting octadecylamine （ODA） onto their surfaces through utilizing the chemical reactivity of catechol groups in tannic acid （TA）. A series of composite films based on modified L⁃CNC and poly（lactic acid）（PLA） were prepared through solution casting. The effect of L⁃CNC content on the mechanical， antioxidant， UV shielding， and hydrophobic properties of the composite films were investigated. The results indicated that the grafting modification of ODA improved the compatibility of L⁃CNC with PLA. When the content of ODA⁃TA@L⁃CNC was 1 wt %， The composite films showed elongation at break of 20.42 % and fracture toughness of 8.55 MJ/m³， which were 3 times and 10 times higher than those of neat PLA film， respectively. Meanwhile， their tensile strength was increased to 46.84 MPa， and their hydrophobic performance was significantly improved with a stable contact angle of about 100° within 1 minute. When the content of ODA⁃TA@L⁃CNC was 1.5 wt %， the composite films obtained a free radical scavenging rate of 49.30 % for DPPH， indicating a good antioxidant property. They also gained an average blocking ratio of 44.81 % in the wavelength range of the ultraviolet region. This means that the composite films can shield most of the UVB spectrum （280~320 nm）.

Key words: poly（lactic acid）, lignocellulosic nanocrystals, tannic acid, octadecylamine, composite film

中图分类号:

TQ321.5

孙子佳, 雒翠梅, 王启航, 王旭洁, 母军. ODA⁃TA@L⁃CNC的制备及对多功能PLA复合膜的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 14-22.

SUN Zijia, LUO Cuimei, WANG Qihang, WANG Xujie, MU Jun. Preparation of ODA⁃TA@L⁃CNC and its effect on multifunctional PLA composite films[J]. China Plastics, 2023, 37(12): 14-22.

图/表 12

薄膜编号	PLA 质量/g	L⁃CNC 质量/g	ODA⁃TA@ L⁃CNC质量/g
PLA	8.00	0	0
0.5% L⁃CNC/PLA	7.96	0.04	-
1% L⁃CNC/PLA	7.92	0.08	-
1.5% L⁃CNC/PLA	7.88	0.12	-
0.5% ODA⁃TA@L⁃CNC/PLA	7.96	-	0.04
1% ODA⁃TA@L⁃CNC/PLA	7.92	-	0.08
1.5% ODA⁃TA@L⁃CNC/PLA	7.88	-	0.12

表1 薄膜成分配比表

Tab.1 Film composition ratio

图1 ODA⁃TA@L⁃CNC的制备及增强PLA复合膜的工艺路线图

Fig.1 Flow chart of preparation of ODA⁃TA@L⁃CNC and enhanced PLA composite films

图2 改性前后L⁃CNC的AFM图及尺寸分布图

Fig.2 AFM images and size distribution of L⁃CNC before and after modification

图3 改性前后L⁃CNC的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of L⁃CNC before and after modification

图4 改性前后L⁃CNC的XPS谱图

Fig.4 XPS spectra of L⁃CNC before and after modification

图5 改性前后L⁃CNC的热稳定性能

Fig.5 Heat resistance of L⁃CNC before and after modification

图6 纯PLA及改性复合膜的力学性能

Fig.6 Mechanical properties of neat PLA and modified composite films

图7 纯PLA及改性复合膜的拉伸断面形貌

Fig.7 Tensile fracture surfaces of neat PLA and modified composite films

图8 纯PLA及改性复合膜的抗氧化能

Fig.8 Antioxidant activity of neat PLA and modified films

图9 纯PLA及改性复合膜的紫外屏蔽性能

Fig.9 UV barrier property of neat PLA and modified composite films

图10 纯PLA及改性复合膜的疏水性能

Fig.10 Hydrophobic property of neat PLA and modified composite films

图11 ODA⁃TA@L⁃CNC与PLA的作用机理示意图

Fig.11 Schematic diagram of action mechanism between ODA⁃TA@L⁃CNC and PLA

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