近期，南方科技大学孙大陟团队利用人工培养的生物质硅藻(DFs)来调控PLA的降解行为，结果表明，掩埋在自然土壤中，其降解时间缩短至3个月甚至更短。相关成果已发表在《Composites Science and Technology》期刊。

 

一般来说，聚乳酸降解有两个阶段：经水解反应分解之后再靠微生物分解。在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定的酯键水解而成低聚物，然后，微生物进入组织物内，将其分解成二氧化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高湿度），水解反应可轻易完成，分解的速度也较快。在不容易产生水解反应的环境下，分解过程是循序渐进的。

 

硅藻壳是由海洋养殖硅藻去油去脂后提纯得到的多孔硅，与普通二氧化硅相比，DFs纯度高，抗压强度大，比表面积大，表面羟基数量多，可与PLA形成有效的氢键作用，提高界面相互作用力。

 

研究表明，DFs改变了PLA的降解行为，PLA/DFs复合材料自然土壤中，第四周之后，其力学性能迅速下降，内部结构也变成疏松多孔，且孔洞随着降解进行不断变大，直到材料发生内部出现缺陷，材料性能失效。

 

降解行为的改变主要是由于DFs的诱导效应。研究发现，在降解过程中，DFs周围不断生成了一些短微纤晶，这些纤维晶的生长造成了内部裂纹的发展。与宏观施加外应力造成裂纹扩展相似，这些微纤晶尖端的应力场很大，其裂纹强度因子远高于材料自身的断裂韧性KIC，因此，裂纹在DFs诱导下快速发展，相应的水分子会快速进入到裂纹尖端周围，相应的水解速率也大大提升。

 

综上，实验数据和仿真分析结果都表明，DFs可以很好地调节PLA的降解行为。

 

论文第一作者为南科大-哈工大联合培养博士研究生李涛，通讯作者为南方科技大学孙大陟副教授。

 

论文链接

 

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109410