研究背景：

塑料在环境中的积累越来越多，因此越来越需要识别和生产替代性、更环保的材料。目前正在进行大量研究，探索创新绿色产品的制造和特性。聚乳酸（PLA）是一种脂肪族聚酯，对设计低成本、功能性、生物基复合材料很有兴趣。文献中广泛报道了聚乳酸和木质素复合材料，因为它们有可能成为化石燃料衍生聚合物和材料的可再生替代品，并有助于更有效地利用自然资源。

研究内容：

Maria Curie-Sklodowska University的Olena Sevastyanova课题组采用塑性计熔融共混法，以聚乳酸、硫酸盐木质素或木质素磺酸酯为基料，单独或与二氧化硅结合制备生物塑料。研究了它们在水中老化前后的结构和热性能，并对其进行了详细讨论。此外，还评估了天然阻燃添加剂对聚乳酸塑料燃烧性能的影响。由于生态原因以及化石燃料储量的枯竭，为开发新的替代和环境安全材料作出贡献是一项极为重要的任务，因此这是本研究作者的主要动机。

主要研究结果：

1.老化试验

样品2（含20wt%木质素磺酸盐）降解得最多。在水中老化21天后，该样品的重量减轻了3.5%。这是由于木质素磺酸酯在水中的溶解度，木质素硫酸酯含量越高，降解速度越快。PLA标准，不含任何添加剂，是最稳定的，重量变化为−0.37%. 清楚地表明，所有测试的添加剂都会加快材料降解速度。

2.样品的ATR/FT-IR表征

复合材料的ATR/FT-IR光谱是添加剂和原PLA光谱的融合。随着样品老化，填料的峰降低了强度，尤其是在–OH基团区域。

3.热重分析

纯PLA和含硫酸盐木质素的PLA的初始分解温度分别为131.2和136.2◦C。磺化木质素或SiO2的加入将热稳定性提高到151.5◦C和150.3◦C 。老化后，样品的初始分解温度从269.8升高到305.1◦C。

4.DSC 分析

每个样品的DSC曲线（老化前和老化后）呈峰值。向聚合物中添加木质素和其他填料后，该参数的变化最小。然而，老化过程使Tg值升高。与纯聚乳酸相比，添加所研究的任何添加剂都会降低熔融温度，最多降低6◦C。老化后，所有样品的Tm都略有增加，但PLA标准除外，其降至164.1◦C 这仍然高于其他样本。

5.可燃性试验

6.降解实验

图8显示了燃烧过程中热分解下网络碎裂的可能机制。聚乳酸热降解的主要产物是羧酸和醇，随后分解为CO2和H2O。木质素的热降解更为复杂，因为其结构中含有芳香多酚。木质素分解期间；苯酚、苯酚衍生物和低分子量脂肪族碳氢化合物可以形成，然后分解为CO2和H2O。

研究结论：

描述了含有木质素和二氧化硅添加剂的可生物降解聚乳酸生物塑料的降解和可燃性。天然添加剂是传统塑料的一种有希望的可持续替代品，可以减少环境污染。水老化试验表明，测量的老化参数（质量和颜色）的大部分变化发生在前7个羟基内，与甲基和亚甲基振动相关的变化也减少了。这表明当复合材料置于水中时，填料被去除。羰基峰（1746-1750 cm−1） 随着样本老化时间的增长，强度增加。样品的热重分析表明，纯PLA和含硫酸盐木质素的PLA的初始分解温度分别为131.2和136.2◦C。磺化木质素或SiO2的加入将热稳定性提高到151.5◦C和150.3◦C 。老化后，样品的初始分解温度从269.8升高到305.1◦C。在可燃性试验期间记录的最高温度值为纯PLA（249.90◦C）。磺化木质素和二氧化硅的加入将燃烧温度降低至235.12◦C、 单独添加木质素会略微降低聚乳酸的燃烧温度。根据这些燃烧性和热稳定性试验，我们得出结论，所有添加剂都可以成功用作生物调节剂，以提高聚乳酸的热阻，降低其可燃性。

参考文献：

Degradation and flammability of bioplastics based on PLA and lignin

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941822001477