【儀表網 研發快訊】生物質資源合成新的生物基平臺化合物具有新的分子結構，與石化資源和傳統制造所合成的分子結構有所不同，“結構決定性能”，新結構合成的新型生物基聚合物往往與目前石油基聚合的性能形成互補，從而實現高分子材料性能的提升和可持續發展。中國科學院寧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、生物基特種工程塑料領域開展了系統研究。
 

　　近期，在生物基高性能聚酯研究的基礎上(ACS Sustain. Chem. Eng., 2022, 10, 13595; J. Hazard. Mater., 2023, 457, 131801; Macromolecules, 2023, 56, 5127; Chem. Eng. J.,2022, 447, 137535等)，提出了一種二元多尺度納米材料增強高阻隔、高強韌生物基復合材料新策略，能夠同時提高聚酯的氣體阻隔性以及力學性能，為制備高性能生物基聚酯提供了一種簡便高效的方法。研究人員首先開發了一種“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具有超高長徑比(>1300)，因此在聚合物基體中表現出典型的長程取向排列行為(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、耐蝕性及力學性能(Chem. Eng. J., 2023, 417, 144377)。
 

　　隨后，研究人員又對BNNSs表界面進行多尺度調節，制備了具有多重鑲嵌界面的二元多尺度LDH-BNNSs雜化填料，并將其與聚酯進行復配得到了生物基聚酯納米復合新材料。僅添加少量(0.05～0.2wt.%)填料，所制備的聚酯復合材料在拉伸強度(133MPa)、楊氏模量(6.22GPa)、韌性(1.84MJ/m3)和氣體阻隔性能(>PET的30倍)方面同時得到改善。調節二元多尺度BNNSs的界面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。
 

　　該研究成果以“High-Strength, High-Barrier Bio-based Polyester Nanocomposite Films by Binary Multi-Scale Boron Nitride Nano-sheets”為題發表于Advanced Functional Materials(Adv. Funct. Mater. 2023, 230863)。寧波材料所博士后丁紀恒為文章第一作者，寧波材料所王靜剛教授級高工和朱錦研究員為通訊作者。相關工作得到了國家重點研發計劃項目(2021YFB3700300)、浙江省自然科學基金(LGG21B040001)、國家自然科學基金面上項目(NSFC21975270)、寧波市2025年重點研發項目(2022Z160)、中國博士后科學基金(2023M733601)和寧波市自然科學基金項目(2023I333和2023J409)的資助。(高分子與復合材料實驗室 丁紀恒)
 

LDH-BNNSs/PEF納米復合聚酯膜性能