研究背景：

作为广泛使用的可生物降解高分子材料，PLA和PBAT被应用于防止全球“白色污染”的持续恶化。PLA是由各种淀粉、糖和其他生物质材料通过生物发酵产生的乳酸进行化学转化和聚合而成的。生物基PLA可以被热塑性加工成高度透明的产品，以替代传统的一次性产品，抑制石油资源日益稀缺的问题。由于柔韧性和高断裂伸长率，PBAT及其复合材料被广泛用作可生物降解的吹膜产品。PLA与PBAT复合是结合和提高其综合性能的有效方法。PLA和PBAT的复合得到不混溶的共混物，共混物的最终性能高度依赖于共混物组分的固有性能和共混物形态。对于PLA/PBAT 混合物在土壤条件下的生物降解行为，研究人员发现土壤中PLA/PBAT混合物中PBAT和PLA的降解速率不同于各自单一聚合物的降解速率。对防止日益严重的水污染的重视引起了人们对可生物降解材料在水性条件下降解行为的探索。然而，关于这些材料在水中的生物降解行为的研究很少。

研究内容：

在这项工作中，采用薄膜样品，研究了PLA/PBAT共混物在淡水和沉积物中的生物降解行为，通过SEM、TG、DSC、凝胶渗透色谱（GPC）和XPS分析降解残留物的外观、化学结构和聚集结构。阐明了PBAT和 PLA的聚集结构、亲水性和生物降解机制对 PLA/PBAT 共混物生物降解性的影响。凝胶渗透色谱 (GPC)和XPS用于表征薄膜样品分子量和元素状态的变化，通过它分析了在有沉积物的淡水中降解后组分变化和 PLA/PBAT 共混物的分子结构。

主要研究结果：

1.PBAT、PLA和PLA/PBAT薄膜在不同降解时间下在淡水沉积物中的外观变化

2.PLA/PBAT复合薄膜（a）降解前和（b）降解24个月后的TG曲线

3. (a) PBAT, (b) PLA/PBAT-50, (c) PLA 降解前后不同时间的凝胶渗透色谱 (GPC) 曲线, (d) PLA/PBAT 复合材料在 24 个月降解前后的降解情况

4. (a) PBAT, (b) PLA/PBAT-25, (c) PLA/PBAT-50, (d) PLA/PBAT-75和(e) PLA降解前，降解6个月，12个月和24个月后的DSC熔融曲线

5. 表中为降解前后不同组分比例的PLA/PBAT的元素含量以及图(a-c) PBAT、(d-f) PLA/PBAT-25、(g-i) PLA/PBAT-50、(j,k,m) PLA/PBAT-75和(n,p,q) PLA 降解前及降解12个月和24个月后的的 XPS C 1s核心级光谱。降解后样品中O/C的元素含量比的增加和C-O 和 C=O的相对峰面积比例增加，表明了聚合物的降解的发生。

6. (a,b) PBAT, (c,d) PLA/PBAT-25, (e,f) PLA/PBAT-50, (g,h) PLA/PBAT-75 和 (i,j) PLA 降解之前和降解24个月之后的的 SEM 显微照片。

研究结论：

PBAT、PLA和PLA/PBAT共混物在淡水和沉积物中的生物降解行为受组分含量、聚集结构、亲水性和生物降解机制的影响。降解后PLA/PBAT复合材料的热稳定性、Tg和分子量降低。PLA/PBAT复合材料的结晶度随着降解时间的增加而增加，这是由于微生物和酶对无定形区域的生物降解速度更快的结果。复合材料中 PLA 含量的升高导致降解后 O/C 含量比的增加更高。降解24个月后，PLA/PBAT-25、PLA/PBAT-50和PLA/PBAT-75中C-O与C=O的相对峰面积比例分别增加了62%、46%和68%。PLA/PBAT-50的最低的降解度和降解率进一步证明了PLA/PBAT复合材料的结晶度与降解呈负相关。PLA/PBAT 混合物中PBAT和PLA 的生物降解率低于单一材料的生物降解率。

参考文献：

Biodegradation Behavior of Poly(Butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), Poly(Lactic Acid)(PLA), and Their Blend in Freshwater with Sediment

原文链接：

https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/WOS:000570158000001

DOI: 10.3390/molecules25173946