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  全球塑料污染問題日益嚴(yán)重，尋找可持續(xù)的替代品已成為研究重點。聚乳酸（PLA）這一生物降解聚合物作為環(huán)保材料，在自然環(huán)境中可以降解為可重復(fù)利用的物質(zhì)，受到了廣泛關(guān)注。聚乳酸具有可降解性、可再生性和生物相容性等優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域中都是理想的選擇。同時，聚丙烯（PP）是一種被廣泛應(yīng)用的熱塑性物質(zhì)，以其輕質(zhì)、耐熱性好、機械強度高、可塑性優(yōu)異而著稱。棉稈纖維來源于棉花植物廢棄物，是一種來源廣泛，可再生生物質(zhì)資源。棉稈纖（CSF）維由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等三種關(guān)鍵化學(xué)成分組成，其表面富含羥基和羧基官能團(tuán)，容易與基體材料結(jié)合，實現(xiàn)修飾改性。這些通過探討復(fù)合材料內(nèi)部不同組分對材料性能的作用效果，系統(tǒng)闡述復(fù)合材料機械性能、熱穩(wěn)定性、結(jié)晶性能等性能增強的機理，通過梳理總結(jié)材料性能的改變與材料結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系與規(guī)律，為聚乳酸基復(fù)合材料應(yīng)用推廣提供了技術(shù)與理論支持。本文匯總了新疆大學(xué)吐爾遜·阿不都熱依木教授團(tuán)隊在可降解聚合物加工改性領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

  1. 尚進(jìn)，阿布都克尤木·阿布都熱西提，如仙古麗·加瑪力^*，吐爾遜·阿不都熱依木^*：廢棉稈與PP-g-mah增容劑增強聚乳酸/聚丙烯復(fù)合材料的沖擊和結(jié)晶性能

  2024年2月12日，吐爾遜·阿不都熱依木教授團(tuán)隊在《Composites Science and Technology》在線發(fā)表題為“Waste cotton stalks enhancing the impact and crystallization performances of polylactic acid/polypropylene composite with PP-g-mah compatibilizer”的研究論文。本文第一作者為2021級畢業(yè)碩士尚進(jìn)，通訊作者為如仙古麗·加瑪力，吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學(xué)。

圖1. 復(fù)合材料內(nèi)部的鍵合機理圖

  在本工作中，該團(tuán)隊采用熔融共混的方式，制備了聚乳酸/棉稈纖維/聚丙烯復(fù)合材料（圖1）。對復(fù)合材料的機械性能、結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了評估，研究各組分對復(fù)合材料性能的影響因素，探討復(fù)合材料性能提升的機制。結(jié)果表明，CSF的相互鎖定和吸收應(yīng)力作用可以顯著增強復(fù)合材料的抗沖擊性能，含有20 wt%棉稈纖維的聚乳酸/棉稈纖維/聚丙烯復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗沖擊性、顯著的結(jié)晶性能和良好的熱穩(wěn)定性。棉稈纖維的鎖定和吸收應(yīng)力作用顯著增強了復(fù)合材料的抗沖擊性能，相較于聚乳酸（2.06 MPa）提高到了3.22 MPa，增幅達(dá)56.31%。棉稈纖維促進(jìn)了聚丙烯微晶體在聚乳酸基質(zhì)中形成，并充當(dāng)異質(zhì)成核劑以優(yōu)化整體結(jié)晶性能。復(fù)合材料呈現(xiàn)兩個明顯的熱降解階段，其殘?zhí)亢康脑黾忧易畲蠼到馑俾式档停瑫rVST增加至72.6 ℃，相較于聚乳酸（59 ℃）提升13.6 ℃（圖2），這些發(fā)現(xiàn)共同證實了復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的增強。

圖2. 復(fù)合材料的機械性能（a）沖擊強度（b）彎曲強度（c）拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（d）拉伸強度和斷裂伸長率

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110485

  2. 李志偉，尚進(jìn)，阿布都克尤木·阿布都熱西提*，如仙古麗·加瑪力*，吐爾遜·阿不都熱依木*：以環(huán)氧大豆油為高效增塑劑改善聚乳酸/聚丙烯/棉秸稈纖維復(fù)合材料的性能

  2024年11月19日，吐爾遜·阿不都熱依木教授團(tuán)隊在《International Journal of Biological Macromolecules》在線發(fā)表題為“Improving the performance of polylactic acid/polypropylene/cotton stalk fiber composites with epoxidized soybean oil as a high efficiency plasticizer”的研究論文。本文第一作者為畢業(yè)碩士李志偉和尚進(jìn)，通訊作者為阿布都克尤木·阿布都熱西提，如仙古麗·加瑪力，吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學(xué)。

圖3.（a）ESO0、（b）ESO10、（c）ESO30、（d）ESO50、（e）ESO0中的CSF和（f）ESO50 中的CSF以及（g）PLA、ESO和CSF之間的界面相互作用的電鏡照片

  在本工作中，該團(tuán)隊采用生物基環(huán)氧大豆油作為增塑劑，通過熔融共混方法制備了聚乳酸/棉稈纖維/聚丙烯復(fù)合材料，對材料的機械性能、結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，探究環(huán)氧大豆油（ESO）對復(fù)合材料性能提升的影響，以及其在不同組分中的作用效果與性能增強機制（圖3）。結(jié)果表明，環(huán)氧大豆油可以與棉稈纖維表面上的羥基發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，在表面形成脂肪類的支鏈結(jié)構(gòu)，少量的組分會在表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著含量的增加網(wǎng)狀支鏈結(jié)構(gòu)會聚集成膜。同時環(huán)氧大豆油會與復(fù)合材料中的相容劑（馬來酸酐接枝聚丙烯）發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，使聚丙烯部分發(fā)生凝膠化。支化的聚合物和微凝膠會自發(fā)地遷移到兩相界面，有效地乳化界面并減少多相晶格之間的排斥效應(yīng)，進(jìn)而顯著改善復(fù)合材料的韌性，其斷裂伸長率相較于未添加環(huán)氧大豆油組分（12.6%）增長了98.41%，為25%。環(huán)氧大豆油的加入顯著增強了復(fù)合材料的抗沖擊性能為5.38 MPa,相較于未添加組分（3.31 MPa）其沖擊強度升高62.53%。環(huán)氧大豆的加入顯著加強了復(fù)合材料的抗沖擊性能為5.38 MPa，較未添加組分（3.31 MPa）增強了62.53%。雖然環(huán)氧大豆油的添加會降低材料的VST，但隨著含量增加VST也逐漸上升，最高可達(dá)67.1 ℃。微凝膠存在將使異相成核點數(shù)量減少，并降低復(fù)合材料整體結(jié)晶度（圖4）。

圖4. 復(fù)合材料的機械性能（a）復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（b）斷裂伸長率和拉伸強度（c）沖擊強度和（d）彎曲強度

  文章鏈接： https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.137814

【作者介紹】

  吐爾遜·阿不都熱依木：博士生導(dǎo)師，新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院二級教授、高分子化學(xué)與物理學(xué)科負(fù)責(zé)人，研究聚焦于高分子結(jié)構(gòu)調(diào)控與高性能化，致力于將高分子材料應(yīng)用于能源、環(huán)境與催化轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵領(lǐng)域，具體研究方向包括開發(fā)用于高效能源存儲與轉(zhuǎn)換器件的高分子復(fù)合材料、研發(fā)高性能通用高分子材料改性技術(shù)、設(shè)計用于環(huán)境污染物檢測吸附與降解的功能高分子材料，以及開發(fā)用于綠色高效催化轉(zhuǎn)化過程的新型高分子基催化劑或載體。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上發(fā)表SCI論文近150余篇，論文被引用2800余次，H指數(shù)28。研究成果分別獲新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)一等獎、新疆大學(xué)第九屆科學(xué)研究優(yōu)秀成果一等獎、新疆大學(xué)第一屆自然科學(xué)二等獎, 第十四屆疆維吾爾自治區(qū)優(yōu)秀論文三等獎等獎勵。

  如仙古麗·加瑪力：碩士生導(dǎo)師，新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授。主要從事高分子材料的高性能化與復(fù)合改性。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上發(fā)表SCI論文115余篇，論文被引用1900余次，H指數(shù)24。

阿布都克尤木·阿布都熱西提：于2005年在新疆大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，2015年在新疆大學(xué)獲博士學(xué)位，并就職于新疆大學(xué)化工學(xué)院，副教授，碩導(dǎo)。研究方向：功能高分子的制備及其性能、通用高分子復(fù)合改性。至今以第一/通訊作者在International journal of Biological Macromolecules, Journal of Polymer Research和高分子材料科學(xué)與工程等刊物上發(fā)表論文20余篇。

  尚進(jìn)：新疆大學(xué)化工學(xué)院2021級碩士研究生，師從如仙古麗·加瑪力教授。研究方向為塑料的加工與改性。至今以第一作者在Compos. Sci. Technol.和Int. J. Biol. Macromo.刊物上發(fā)表SCI論文2篇。連續(xù)三年獲得自治區(qū)學(xué)業(yè)獎學(xué)金。

  李志偉：新疆大學(xué)化工學(xué)院2022級碩士研究生，師從如仙古麗·加瑪力教授。研究方向為塑料的加工與改性。至今以第一作者在Constr. Build. Mater.和Int. J. Biol. Macromo.刊物上發(fā)表SCI論文2篇。曾榮獲2024級新疆大學(xué)研究生自治區(qū)學(xué)業(yè)獎學(xué)金。