刚柔并济的新型可再生热塑性聚合物

欧洲足球赛事 注：美国橡树岭国家实验室成功将一刚一柔的木质素和橡胶复合制成可再生的热塑性聚合物，其性能优异，可用于汽车制造业及其他消费品制造业。该材料有望缓解消费品市场对石化产品的依赖。

美国能源部橡树岭国家实验室的一支科研团队研制出了一种塑造性强的热塑性聚合物，该聚合物材料的50%组分为可再生的生物质。这类材料可以替代当前众多消费品生产中所使用的聚合物，可用在诸如汽车保险杠、厨房用具甚至是乐高积木等产品中。这为生产更加清洁和廉价的原材料提供了可能，同时也降低了传统聚合物对石化产品的依赖性。

这种新型丙烯腈-丁二烯-木质素（ABL）聚合物，具有质轻、高强、高韧的性质。其中木质素是一种坚硬但脆性大的高分子，用于物细胞壁的形成，在ABL中起到了替代传统的ABS塑料中苯乙烯组分的作用。这种热塑性弹性体是基于一种无溶剂的生产工艺，将纳米级的木质素分散在丁腈橡胶基体中，两者相互作用，制成的材料可熔可塑，更韧更强，其中刚性的木质素可以起到抵抗变形和增加刚度的作用。这种材料能够循环利用，在经过许多次熔融塑化后，仍然保持原有的性能。

Amit Naskar说：“我们完全可以叫它绿色产品，因为它50%的组分是可再生的，而实现它商业化生产的技术将能够减少对石化产品的需求。”

该研究成果发表在了期刊Advanced Functional Materials上，其研究目的是发展基于木质素的高价值产品。然而，由于木质素脆性大易破碎，因此必须用化学方法连接柔软的基体来增加其韧性。研究人员将等量的木质素和丁腈橡胶加热混合，再经挤出机挤出。由于木质素的热稳定性有差异，因此鉴别筛选出最有效的热塑性原料就十分重要。通过对比，发现在麦秸、软木和硬木中，硬木的木质素稳定性最好。之后研究人员将最理想的木质素和熔融态下的聚合物进行耦合。

在加热室中，两个转子能够将熔融的丁腈橡胶和等量的粉状纤维素揉捏混合在一起。原本团聚的木质素破碎成相互穿插的层状分散在橡胶中，并相互作用。制成的产物就兼具了木质素的刚性和橡胶的弹性。此外，改变丁腈橡胶中丙烯腈的含量能够进一步提高材料的机械性能。此外，也能够通过调节找到刚性和韧性的之间的最佳平衡点，从而改善聚合物合金的性能。

生物精炼行业的业界认为木质素是未被充分利用的植物产品，并且希望它能够用于可再生热塑性塑料的生产，而这种热塑性塑料能够与石油衍生替代物相媲美。该研究团队正在努力使这种材料可以作为纤维增强复合材料的基体材料使用，并进一步将研究范围拓展到不同的原料中，以及研究加工条件、材料结构和性能之间的相关性。

感谢材料人编辑部顾玥提供素材。

原文参考地址：Renewable and improved thermoplastics