研究背景：

由于传统的石油化工塑料对环境的污染，生物可降解和生物相容性聚合物近年来受到了广泛的关注。PBSu作为一种典型的完全可生物降解的聚合物，在自然界中可以被许多微生物降解最终分解为二氧化碳和水，是未来具有应用潜力的聚合物。然而，由于其结晶速度慢，缺乏机械强度。为增强PBSu的结晶性，PBSu复合材料已被研发。通常采用成核剂（NAs）作为加速结晶速率的添加剂，在半结晶聚合物中加入NAs可以提供晶体生长表面，从而提供聚合物的成核和结晶速率。Orotic acid（OA）是一种由C=O、NH、OH等官能团组成的六环结构，可应用于生物科学技术领域，现已被报道可作为一些可生物降解聚合物的成核剂。综上，PBSu与OA的结合将形成一种具有生物降解性和绿色材料性能的复合材料。

研究内容：

采用溶液共混法制备得到质量比分别为100/0、99/1、98/2、97/3和95/5的PBSu/OA复合材料，通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）、偏光显微镜（POM）、广角X射线衍射（WAXD）等表征手段，探究OA是否会影响PBSu的结晶以及OA含量对PBSu/OA复合材料的形貌、结晶行为和结晶结构的影响。

主要研究结果：

图1、PBSu/OA复合材料的SEM扫描截面图: (a)99.5/0.5, (b)99/1, (c)98/2, (d)97/3, (e)95/5

图2、PBSu/OA复合材料的等温结晶热图: (a)Tc= 92℃, (b)Tc=9 4℃, (C)Tc= 96℃, (d)Tc=98℃

图3、PBSu/OA复合材料的等温结晶Avrami图: (a)100/0, (b)99.5/0.5, (c)99/1, (d)98/2, (e)97/3, (f)95/5

表1、用Avrami方程评价PBSu/OA复合材料的等温结晶参数

图4、(a)在不同结晶温度的复合材料中k与OA含量的图; (b)在不同结晶温度的复合材料中1/t0.5与OA含量的图

图5、在98℃条件下PBSu/OA复合材料的POM图

图6、不同冷却速率下PBSu/OA复合材料的等温结晶热图: (a)2.5℃/min, (b)5℃/min, (c)7.5℃/min, (d)10℃/min

图7、PBSu/OA复合材料的非等温结晶Mo模型图: (a)100/0, (b)99.5/0.5, (c)99/1, (d)98/2, (e)97/3, (f)95/5

表2、用Mo模型评价PBSu/OA复合材料的非等温结晶参数

图8、对PBSu/OA复合材料的F(T)值随复合材料中OA含量的变化而变化。每条线代表Mo模型分析中特定相对结晶度(Xt)的结果

图9、纯PBSu、纯OA和PBSu/OA复合材料的XRD谱图

研究结论：

本文对聚丁二酸丁二醇酯（PBSu）/OA复合材料的形貌、结晶行为和结晶结构进行了深入研究。SEM观察表明，OA颗粒能均匀分散在PBSu基体中，OA粒径在250nm左右，没有明显的聚集。DSC结果显示，随着OA含量的增加，等温结晶峰向较短的时间范围移动，说明添加OA的成核作用可促进PBSu的结晶速率。Avrami方程分析了等温结晶动力学，随着OA用量的增加，Avrami指数（n）没有明显变化，说明OA对PBSu的结晶机制没有明显改变，反应速率常数（k）和半结晶时间（1/t0.5）增大，这一结果证实了结晶速率随着OA用量的增加而增加。POM图表明，随着OA的加入，球晶数量逐渐增加而球晶尺寸逐渐减小，表明OA的存在增加了PBSu的成核密度。非等温结晶结果表明，添加OA后PBSu的结晶峰向高温区域移动，说明OA增强了PBSu的非等温结晶。经Mo模型分析表明，随着OA的存在，F（T）值降低，这也说明OA可以促进PBSu的非等温结晶速率。WAXD表明，PBSu/OA复合材料的衍射图与纯PBSu的衍射图基本一致，且衍射峰随成分的变化不明显，表明复合材料对PBSu的结构影响不明显。综上所述，OA能显著提高PBSu的结晶速率，被认为是一种高效的绿色成核剂。

参考文献：

Promoted crystallization kinetics of biodegradable poly(butylene succinate) by a nucleation agent of green chemical

原文链接：https://schlr.cnki.net/Detail/index/SSJD_01/SSJD7996AB972C06BA167A2DE901EBAEF8D9