木质素是造纸行业产生的副产物，目前主要处理方式为燃烧，这样会生成大量的CO₂，加剧气候变暖。因此，如何高效资源化利用木质素是一个突出的问题。另外，PBAT作为一种生物可降解材料在一次性包装领域有很大的应用前景，但其拉伸强度低、易变形、成本高限制了它的推广使用。贵州大学于杰教授团队针对木质素在聚合物中易团聚、PBAT材料拉伸强度低等缺点，采用木质素表面接枝乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）的技术，制备活化的木质素（VL），使得木质素表面具有可反应性官能团的同时提高其在PBAT基体中的分散性，整个制备过程主要采用水和乙醇做溶剂，且可循环利用，绿色环保。将得到的VL与PBAT进行反应挤出，得到机械和生物降解性能较佳的PBAT/VL薄膜材料。该工作以“Enhanced mechanical and biodegradable properties of PBAT/lignin composites via silane grafting and reactive extrusion”发表在Composites Part B: Engineering （IF=7.635）, 2021:108980（https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108980）。

图1：VL的制备、PBAT/VL薄膜材料制备流程图

首先通过傅里叶红外光谱（FTIR）、核磁氢谱（¹H NMR）、热失重（TG）、X射线光电子能谱（XPS）和水接触角研究了VL的结构，结果表明，木质素表面成功地接枝上了VTMS，得到了活化的VL。

图2：VL结构表征的数据

其次，研究了通过反应挤出制备的PBAT/VL薄膜材料的结构，凝胶含量、流变学数据及结晶行为表明PBAT与VL在挤出过程中发生了反应，扫描电镜和透射电镜表明VL在PBAT中均匀分散。

图3：不同木质素在PBAT中的分散示意图及PBAT与VL反应机理

最后，我们研究了不同VL含量制备的PBAT/VL薄膜材料的力学性能和生物降解性能。随着VL含量的增加，PBAT/VL薄膜材料的拉伸强度和杨氏模量是增加的；随着在土壤中堆积的时间延伸，PBAT/VL复合材料在土壤中降解的效率比纯PBAT的高。

图4：PBAT及PBAT/VL薄膜的机械性能及作用机理示意图

图5：PBAT及PBAT/VL土壤中降解效率

该项工作通过表面改性和反应挤出技术制备了机械性能和生物降解性能良好的PBAT/VL薄膜材料，为木质素资源化利用提供了新的技术支撑，可以降低生物降解材料制备薄膜的成本，为PBAT在一次性包装领域的应用提供新的思路。该文的第一作者为博士生刘玉飞，通讯作者为何敏教授和于杰教授。研究工作得到了国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心秦舒浩研究员和贵州理工学院刘珊副教授的支持与帮助，同时得到了国家自然科学基金（51663006 和 21266005）及贵州省科技厅项目（[2020]1Y213和[2017]5788）等资助。