宁波材料所在生物基聚酯二维多尺度复合材料研究领域取得新进展

    生物质资源合成新的生物基平台化合物具有新的分子结构，与石化资源和传统制造所合成的分子结构有所不同，“结构决定性能”，新结构合成的新型生物基聚合物往往与目前石油基聚合的性能形成互补，从而实现高分子材料性能的提升和可持续发展。中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队基于生物基高阻隔聚酯、高耐热聚酯、可降解聚酯、聚酯弹性体、生物基特种工程塑料领域开展了系统研究。

    近期，在生物基高性能聚酯研究的基础上（ACS Sustain. Chem. Eng., 2022, 10, 13595; J. Hazard. Mater., 2023, 457, 131801; Macromolecules, 2023, 56, 5127; Chem. Eng. J.,2022, 447, 137535等），提出了一种二元多尺度纳米材料增强高阻隔、高强韧生物基复合材料新策略，能够同时提高聚酯的气体阻隔性以及力学性能，为制备高性能生物基聚酯提供了一种简便高效的方法。研究人员首先开发了一种“低聚物胶带”剥离二维材料技术，制备了大尺寸超薄氮化硼纳米片（BNNSs）等二维材料。由于BNNSs具有超高长径比（＞1300），因此在聚合物基体中表现出典型的长程取向排列行为（ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, 11, 4633; Nanoscale, 2023, 15, 8870）。同时，相较于传统的小尺寸二维片层，大尺寸超薄BNNSs表现出了更加优异的物理阻隔作用、耐蚀性及力学性能（Chem. Eng. J., 2023, 417, 144377）。

    随后，研究人员又对BNNSs表界面进行多尺度调节，制备了具有多重镶嵌界面的二元多尺度LDH-BNNSs杂化填料，并将其与聚酯进行复配得到了生物基聚酯纳米复合新材料。仅添加少量（0.05～0.2wt.%）填料，所制备的聚酯复合材料在拉伸强度（133MPa）、杨氏模量（6.22GPa）、韧性（1.84MJ/m³ ）和气体阻隔性能（＞PET的30倍）方面同时得到改善。调节二元多尺度BNNSs的界面可以显著提高纳米填料利用率，从而实现高的物理阻隔作用和应力传递效率。

    该研究成果以“High-Strength, High-Barrier Bio-based Polyester Nanocomposite Films by Binary Multi-Scale Boron Nitride Nano-sheets”为题发表于Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2023, 230863）。宁波材料所博士后丁纪恒为文章第一作者，宁波材料所王静刚教授级高工和朱锦研究员为通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划项目（2021YFB3700300）、浙江省自然科学基金（LGG21B040001）、国家自然科学基金面上项目（NSFC21975270）、宁波市2025年重点研发项目（2022Z160）、中国博士后科学基金（2023M733601）和宁波市自然科学基金项目（2023I333和2023J409）的资助。

LDH-BNNSs/PEF纳米复合聚酯膜性能

　　（高分子与复合材料实验室 丁纪恒）