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來自吉林大學的學者通過用動態硼氧烷交聯環氧大豆油(ESO)和低分子量聚乳酸(PLA) (≈2 kDa)而方便且經濟地制備了這種生物基超分子塑料。這種生物基超分子塑料被命名為ESO-PLA，其拉伸強度約為43 MPa，具有很高的柔韌性和防水性。在相對濕度為100%的環境中儲存10天后，塑料的拉伸強度仍然高于聚乙烯。由于硼氧烷的可逆性，ESO-PLA塑料可以方便地加工成不同的形狀和產品。同時，塑料可以通過熱壓或溶劑輔助的解聚/再聚合方法被多次回收以重復使用。得益于ESO和低分子量PLA的易降解性，硼氧烷交聯的破壞使土壤中的塑料在60天內快速完全降解。此外，體外和體內試驗證明，ESO-PLA塑料具有良好的生物相容性，這擴展了其在醫藥、食品和化妝品工業中的應用。相關文章以“Dynamically Cross-Linking Soybean Oil and Low-Molecular-Weight Polylactic Acid toward Mechanically Robust, Degradable, and Recyclable Supramolecular Plastics”標題發表在Advanced Functional Materials。

圖1.a)ESOx-PLA塑料的制備工藝和結構。b、c)ESO 4-PLA塑料板和餐具的圖像。d)ESO 4-PLA塑料的紅外光譜。

圖2.a)在大約23℃和30% RH下測量的ESOx-PLA塑料的應力-應變曲線。b)ESO 4-PLA塑料的DMA曲線。c)ESO 4-PLA塑料在暴露于100% RH的環境中10天后的應力-應變曲線。d)裝滿300毫升水的ESO4-PLA塑料袋可承重500克。

圖3.a)將ESO4-PLA塑料條切成兩片并焊接在一起后的圖像。b)原始和焊接ESO4-PLA塑料的應力-應變曲線。c、d)ESO 4-PLA塑料吸管和袋子的圖像

圖4.a)ESO4-PLA塑料的回收。b)ESO 4-PLA塑料在第5次切割/回收過程中的應力-應變曲線

圖5.a)原始ESO4-PLA塑料的數字圖像和i)在土壤中掩埋ii) 10、iii) 30和iv) 50天后的塑料(深圳市，北緯22° 35 '，東經114° 10 ')。b)ESO 4-PLA塑料在土壤中降解機制

圖6.a)在ESO4-PLA塑料上培養2和7天后，LO2細胞的活/死染色。b)對照和實驗小鼠的血液生化參數。c)來自對照和實驗小鼠的蘇木精-伊紅染色的心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟的代表性圖像.

總之，本研究已經證明了能夠通過用動態硼氧烷交聯ESO和PLA來降解和回收的生物基超分子塑料的簡易制造。通過調節ESO與PLA的質量比，可以很好地定制ESOx-PLA塑料的機械性能。值得注意的是，ESO4-PLA塑料表現出約43 MPa的高機械強度，并且在高濕度環境中仍保持高強度。ESO4-PLA塑料具有生物相容性，在土壤中大約60天內可完全降解。這種塑料優異的降解性來源于硼氧烷交聯劑的斷裂和ESO、PLA在土壤中的易降解性。特別是低分子量PLA比高分子量PLA更易降解，是實現ESO4-PLA塑料在自然環境中快速完全降解的關鍵。此外，低分子量PLA成本低廉，可以大規模合成，大大降低了ESO4-PLA塑料的成本。由于其令人滿意的生物相容性，ESO4-PLA塑料有希望作為商品塑料的替代品，特別是在食品、化妝品和制藥工業中。本研究為生物基ESO4-PLA塑料的大規模生產提供了一種技術簡單、成本低廉的方法。動態交聯具有良好降解性能的生物質材料為制備高性能可降解可回收塑料提供了一條便捷的途徑，這將有助于實現循環和綠色塑料經濟。