PLA可控降解配方亚磷酸盐除酸剂

年12月14-16日，生物降解材料研究院、TK生物基材料主办，中科国生、微构工场、丰原生物协办的《生物基与降解材料年度大会暨颁奖典礼》将在苏州举办，现诚邀行业专家、企业代表出席，同时开启报名通道，欢迎扫码报名参会参展。

生物降解材料研究院报道，生物基和生物可降解塑料被认为是循环经济的重要组成部分。其中聚乳酸PLA是生物基和生物可降解的双重特性，并且最有希望替代聚苯乙烯PS和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，因为PLA具有相似的性质、良好的加工性能，现在PLA需要解决的是通过规模化生产降低成本，以及需要加速和理想地控制降解速度。

PLA在工业堆肥设施中是可生物降解的，只要有大约60°C的高温、湿度和微生物。如果没有这些条件，PLA的生物降解相当缓慢，与其非生物降解的对应物相当。据报道，PLA膜在地中海土壤中11个月后仅轻微分解。此外，在工业堆肥过程中完全堆肥的时间通常超过一个堆肥周期，因此也必须加快。

PLA的生物降解可以分为两个阶段。首先，PLA吸水引发的酯键水解，将大分子链分裂成单体和低聚物。第二步，特定的微生物可以矿化这些低分子量分子，即生物降解。众所周知，PLA的水解依赖于pH值，并自动催化形成酸性降解产物。除了pH值，温度是研究PLA水解的主要因素。

德国Fraunhofer结构耐久性和系统可靠性研究所，通过添加基于季戊四醇的亚磷酸酯来加速聚酯PLA水解。

为了控制水解并确保加工稳定性，该所研究了不同类型的亚磷酸盐以及亚磷酸盐与除酸剂的组合。由基于季戊四醇的亚磷酸酯和酸清除剂组成的添加剂体系被认为是控制可生物降解聚酯如PLA寿命的可行且有效的解决方案。在该系统中，亚磷酸酯作为水解的加速剂，除酸剂在加工过程中作为稳定剂和水解的缓和剂。

市售PLA与选择的添加剂在双螺杆挤出机上混合，并在23℃、35℃和58℃的去离子水中进行水解实验。PLA的水解通过熔体体积速率(MVR)和尺寸排阻色谱(SEC)来评估。例如，在58℃下储存4天后，PLA对比样品的数均分子量降低了31.3%，而与0.8%亚磷酸P1混合的PLA的分子量降低了57.7%。结果与所研究的亚磷酸酯结构的预期和测试的抗水解稳定性非常一致。使用P-NMR光谱来阐明在乳酸存在下亚磷酸盐的水解。通过添加基于季戊四醇的亚磷酸酯，可以提高水解速率，并且可生物降解聚酯的生物降解行为更快。加速生物降解有利于减少聚合物在堆肥设施或家庭堆肥过程中，以及作为垃圾或微塑料残留物的停留时间。

图，与亚磷酸酯和酸清除剂复合的PLA粒料在23℃水储存期间的熔体体积速率

应该注意的是，芳族降解产物如苯酚衍生物通常是不希望的，因此，从环境角度来看，脂族取代的亚磷酸酯是优选的。未来的研究目标包括将提议的基于亚磷酸酯(和稳定剂)的添加剂溶液扩展到其他聚酯，如PBS，以提高生物降解性。然而，对于每种聚合物、目标应用和降解环境，应设计定制的添加剂系统，以确保最佳的产品性能和寿命。

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