聚碳酸亚丙酯/乙酰化木质素抗紫外复合材料的制备与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.07.003

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (7): 15-19.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.07.003

聚碳酸亚丙酯/乙酰化木质素抗紫外复合材料的制备与性能研究

武莉, 徐鹏武, 杨伟军, 马丕明()

江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡 214100

收稿日期:2023-11-10 出版日期:2024-07-26 发布日期:2024-07-24
通讯作者: 马丕明（1980—），男，教授，主要从事环境友好高分子与功能复合材料研究，p.ma@jiangnan.edu.cn
E-mail:p.ma@jiangnan.edu.cn

Preparation and properties of UV⁃resistant poly（propylene carbonate）/acetylated lignin composites

WU Li, XU Pengwu, YANG Weijun, MA Piming()

School of Chemical Materials Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214100，China

Received:2023-11-10 Online:2024-07-26 Published:2024-07-24
Contact: MA Piming E-mail:p.ma@jiangnan.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为改善木质素（EL）与生物基聚碳酸亚丙酯（PPC）间的相容性，并赋予PPC抗紫外性，通过乙酰化反应制备得到了乙酰化木质素（ACEL），采用熔融共混法制备了PPC基复合材料。当ACEL的含量达到15 %（质量分数，下同）时，复合材料的屈服强度从10 MPa提高至23 MPa，同时断裂伸长率达到725 %。同时，ACEL的加入也赋予PPC优异的抗紫外老化性能，紫外光照射96 h后，PPC⁃ACEL⁃15复合材料的屈服强度和断裂伸长率的保持率均在80 %以上，显著优于纯PPC和PPC⁃EL⁃15复合材料的屈服强度和断裂伸长率保持率。

关键词: 聚碳酸亚丙酯, 木质素, 抗紫外老化

Abstract:

To improve the compatibility between enzymatic lignin and bio⁃based poly（propylene carbonate）（PPC） and to endow PPC with UV resistance， acetylated lignin （ACEL） was prepared through an acetylation reaction and then was melt blended with PPC to obtain PPC⁃based composites. When 15 wt%（mass fraction， same below） ACEL was incorporated， the composites showed an increase in the yield tensile properties from 10 to 23 MPa， and their elongation at break reached 725 %. Meanwhile， the addition of ACEL also endows PPC with excellent UV resistance. After 96 h UV irradiation， the PPC⁃ACEL⁃15 composites showed retention rates of all above 80 % in the yield strength and elongation at break. These results are significantly better than those of pure PPC and PPC⁃EL⁃15 composites.

Key words: poly（propylene carbonate）, lignin, UV resistance

中图分类号:

TQ323.4

武莉, 徐鹏武, 杨伟军, 马丕明. 聚碳酸亚丙酯/乙酰化木质素抗紫外复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 15-19.

WU Li, XU Pengwu, YANG Weijun, MA Piming. Preparation and properties of UV⁃resistant poly（propylene carbonate）/acetylated lignin composites[J]. China Plastics, 2024, 38(7): 15-19.

图/表 8

图1 乙酰化木质素制备流程示意图

Fig.1 Diagram of preparation process of acetylated lignin

图2 EL和ACEL的结构分析

Fig.2 Structure analysis of EL and ACEL

图3 EL和ACEL在PPC基体中的分散性

Fig.3 Dispersion of EL and ACEL in PPC matrix

图4 PPC、PPC⁃EL和PPC⁃ACEL复合材料的应力⁃应变曲线

Fig.4 Stress⁃strain curves of PPC， PPC⁃EL and PPC⁃ACEL composites

样品	屈服强度/MPa	断裂伸长率/%
PPC	10.0	947
PPC⁃EL⁃15	14.0	422.5
PPC⁃ACEL⁃10	14.1	840.2
PPC⁃ACEL⁃15	23.0	725.1
PPC⁃ACEL⁃20	22.3	518.9
PPC⁃ACEL⁃30	21.1	381.4

表1 PPC、PPC⁃EL和PPC⁃ACEL复合材料的屈服强度和断裂伸长率

Tab.1 Yield strength and elongation at break of PPC， PPC⁃EL and PPC⁃ACEL composites

图5 PPC、PPC⁃EL和PPC⁃ACEL复合材料的SEM照片

Fig.5 SEM of PPC， PPC⁃EL and PPC⁃ACEL composites

图6 PPC、PPC⁃EL⁃15和PPC⁃ACEL⁃15复合材料的紫外屏蔽和抗紫外老化性能

Fig.6 UV shielding and UV resistance properties of PPC， PPC⁃EL and PPC⁃ACEL composites

图7 PPC、PPC⁃EL⁃15和PPC⁃ACEL⁃15复合材料紫外照射96 h前后的SEM照片

Fig. 7 SEM of PPC， PPC⁃EL and PPC⁃ACEL composites before and after UV irradiation for 96 h

参考文献 21

1	LI X R， MENG L Y， ZHANG Y L， et al. Research and application of polypropylene carbonate composite materials： a review ［J］. Polymers， 2022， 14（11）： 2 159.
2	Rajendran M， Tizazu M. Carbon dioxide–derived poly （propylene carbonate） as a matrix for composites and nanocomposites： performances and applications ［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2018， 303（11）： 1800366.
3	WANG S， HUANG Y， LIAO B， et al. Structure and properties of poly （propylene carbonate）［J］. International Journal of Polymer Analysis and Characterization， 1997， 3（2）： 131⁃143.
4	SONG L， ZHANG Q， HAO Y， et al. Effect of different comonomers added to graft copolymers on the properties of PLA/PPC/PLA⁃g⁃GMA blends ［J］. Polymers， 2022， 14（19）： 4 088.
5	JIANG G， WANG F， ZHANG S， et al. Structure and improved properties of PPC/PBAT blends via controlling phase morphology based on melt viscosity ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2020， 137（31）： 48924.
6	JIANG G， YU L. High strength and barrier properties of biodegradable PPC/PBSA blends prepared by reaction compatibilization for promising application in packaging ［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2021， 306（7）： 2000723.
7	T N， Mai B T， Setti C， et al. Transparent bioplastic derived from CO₂⁃based polymer functionalized with oregano waste extract toward active food packaging［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020， 12（41）： 46 667⁃46 677.
8	Zhang Z， Wu D， Yang H， et al. Remarkable enhancement in thermal performance of polypropylene carbonate by using exfoliated boron nitride nanosheets［J］. Chemical Engineering Journal， 2022， 450： 138247.
9	JIANG G， YU L， ZHANG M， et al. Poly （propylene carbonate）/poly （3‐hydroxybutyrate）‐based bio⁃nanocomposites reinforced with cellulose nanocrystal for potential application as a packaging material ［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2019， 31（4）： 853⁃863.
10	LIU L， WANG Y， HU Q， et al. Core⁃shell starch nanoparticles improve the mechanical and thermal properties of poly （propylene carbonate）［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2019， 7（15）： 13 081⁃13 088.
11	WANG D， LI J， ZHANG X， et al. Poly （propylene carbonate）/clay nanocomposites with enhanced mechanical property， thermal stability and oxygen barrier property ［J］. Composites Communications， 2020， 22： 100520.
12	KARTHAUSER J， BIZIKS V， MAI C， et al. Lignin and lignin⁃derived compounds for wood applications⁃ a review ［J］. Molecules， 2021， 26（9）： 2 533.
13	SHU F， JIANG B， YUAN Y， et al. Biological activities and emerging roles of lignin and lignin⁃based products⁃ a review ［J］. Biomacromolecules， 2021， 22（12）： 4 905⁃4 918.
14	潘莉莎，熊亚林，庞素娟，等. 聚碳酸亚丙酯/木质素熔融共混改性研究［J］. 中国造纸， 2011， 30： 26⁃30.
	PAN L S， XIONG Y L， PANG S J， et al. Study on melt blending modification of poly （propylene carbonate）/lignin ［J］. China Pulp & Paper， 2011， 30： 26⁃30.
15	XIAO X， JIANG C， ZHANG Y， et al. Preparation and characterization of formaldehyde⁃modified black liquor lignin/poly （propylene carbonate） composites ［J］. International Journal of Polymer Analysis and Characterization， 2018， 23（4）： 346⁃353.
16	XIA L， LI X， PAN N， et al. Novel green and cost⁃effective preparation of acetylated lignin at high temperature without further separation ［J］. Materials Research Express， 2020， 7（11）： 115401.
17	CYBULSKA I， BRUDECKI G， ROSENTRATER K， et al. Comparative study of organosolv lignin extracted from prairie cordgrass， switchgrass and corn stover ［J］. Bioresource Technology， 2012， 118： 30⁃36.
18	ZHAO X， HUANG Z， ZHANG Y， et al. Efficient solid⁃phase synthesis of acetylated lignin and a comparison of the properties of different modified lignins ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2017， 134（1）： 44276.
19	KIM T H， PARK S H， LEE S， et al. A review of biomass⁃derived UV⁃shielding materials for bio⁃composites ［J］. Energies， 2023， 16（5）： 2 231.
20	LI Y R， ZHAO S Y， HU D B， et al. Role evaluation of active groups in lignin on UV⁃shielding performance ［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2022， 10： 11 856⁃11 866.
21	XIE H， ZHANG H， LIU X， et al. Design and preparation of multiple function⁃integrated lignin/tannin/ZnONP composite coatings for paper⁃based green packing［J］. Biomacro⁃molecules， 2021， 22（8）： 3 251⁃3 263.

[1]	戚士界, 游翔宇, 王瑞晨, 周琳菲, 张慧洁. 高木质素含量聚乳酸共混材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 45-51.
[2]	梁孟珂, 邱杰, 朱永晨, 田华峰, 武志鹏, 罗振扬. 锥形量热法研究木质素基膨胀型阻燃剂对环氧树脂阻燃抑烟效果[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 103-108.
[3]	顾晓华, 吕士伟, 刘思雯, 王佳佳, 康媛媛. 废旧聚氨酯硬质泡沫塑料的降解回收及再利用[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 105-111.
[4]	吴悠, 王博华, 孙健健, 靳玉娟. 端环氧基型超支化聚合物对PPC/PBS共混物的改性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 5-11.
[5]	毕昕媛, 姚建民. 聚碳酸亚丙酯生物降解渗水地膜的研制及性能分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 21-25.
[6]	翟微, 孙健健, 王博华, 滕冲, 谢时宇, 郝凤昊, 靳玉娟. 胺端基型超支化乙二胺三嗪聚合物对PLA/PPC的增韧改性研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(6): 27-33.
[7]	严光宇徐鸽. 造纸黑液木质素作为EPDM橡胶偶联剂的研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(11): 78-82.
[8]	王闻, 王希媛, 翁云宣, 张敏. 二苯基甲烷二异氰酸酯扩链改性聚碳酸亚丙酯[J]. 中国塑料, 2017, 31(02): 94-98 .
[9]	汪扬烨, 何亚东, 信春玲, 杨兆平, 康凯. 聚碳酸亚丙酯/纳米二氧化硅共混体系流变及发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(10): 14-19 .
[10]	许思兰, 许国志孙辉. PBAT/PPC多层共挤薄膜的制备及其阻透性能研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(03): 38-42 .
[11]	钱爽, 任浩. 聚丙烯纤维在聚3-羟基丁酸酯与木质素对甲酚复合膜中的改性作用研究[J]. 中国塑料, 2015, 29(12): 34-38 .
[12]	王富玉, 高振勇, 马祥艳, 马康, 张灏, 张玉霞. 全生物降解聚乳酸/聚碳酸亚丙酯共混物研究进展[J]. 中国塑料, 2015, 29(02): 15-21.
[13]	倪庆婷, 刘惠, 叶青, 张柳, 龚方红. ABS/木质素复合材料动态流变行为的研究[J]. 中国塑料, 2014, 28(04): 34-38 .
[14]	王竹许国志孙辉. 聚碳酸亚丙酯/有机水滑石复合材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2014, 28(03): 65-70 .
[15]	付蒙陈福林岑兰周彦豪. 木质素的改性及其在塑料中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2012, 26(11): 14-23 .

聚碳酸亚丙酯/乙酰化木质素抗紫外复合材料的制备与性能研究

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