来自吉林大学的学者通过用动态硼氧烷交联环氧大豆油(ESO)和低分子量聚乳酸(PLA) (≈2 kDa)而方便且经济地制备了这种生物基超分子塑料。这种生物基超分子塑料被命名为ESO-PLA，其拉伸强度约为43 MPa，具有很高的柔韧性和防水性。在相对湿度为100%的环境中储存10天后，塑料的拉伸强度仍然高于聚乙烯。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状和产品。同时，塑料可以通过热压或溶剂辅助的解聚/再聚合方法被多次回收以重复使用。得益于ESO和低分子量PLA的易降解性，硼氧烷交联的破坏使土壤中的塑料在60天内快速完全降解。此外，体外和体内试验证明，ESO-PLA塑料具有良好的生物相容性，这扩展了其在医药、食品和化妆品工业中的应用。相关文章以“Dynamically Cross-linking Soybean Oil and Low-Molecular-Weight Polylactic Acid toward Mechanically Robust, Degradable, and Recyclable Supramolecular Plastics”标题发表在Advanced Functional Materials。
图1.a)ESOx-PLA塑料的制备工艺和结构。b、c)ESO 4-PLA塑料板和餐具的图像。d)ESO 4-PLA塑料的红外光谱。
图2.a)在大约23℃和30% RH下测量的ESOx-PLA塑料的应力-应变曲线。b)ESO 4-PLA塑料的DMA曲线。c)ESO 4-PLA塑料在暴露于100% RH的环境中10天后的应力-应变曲线。d)装满300毫升水的ESO4-PLA塑料袋可承重500克。
图3.a)将ESO4-PLA塑料条切成两片并焊接在一起后的图像。b)原始和焊接ESO4-PLA塑料的应力-应变曲线。c、d)ESO 4-PLA塑料吸管和袋子的图像
图4.a)ESO4-PLA塑料的回收。b)ESO 4-PLA塑料在第5次切割/回收过程中的应力-应变曲线
图5.a)原始ESO4-PLA塑料的数字图像和i)在土壤中掩埋ii) 10、iii) 30和iv) 50天后的塑料(深圳市，北纬22° 35 '，东经114° 10 ')。b)ESO 4-PLA塑料在土壤中降解机制
图6.a)在ESO4-PLA塑料上培养2和7天后，LO2细胞的活/死染色。b)对照和实验小鼠的血液生化参数。c)来自对照和实验小鼠的苏木精-伊红染色的心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏的代表性图像.
总之，本研究已经证明了能够通过用动态硼氧烷交联ESO和PLA来降解和回收的生物基超分子塑料的简易制造。通过调节ESO与PLA的质量比，可以很好地定制ESOx-PLA塑料的机械性能。值得注意的是，ESO4-PLA塑料表现出约43 MPa的高机械强度，并且在高湿度环境中仍保持高强度。ESO4-PLA塑料具有生物相容性，在土壤中大约60天内可完全降解。这种塑料优异的降解性来源于硼氧烷交联剂的断裂和ESO、PLA在土壤中的易降解性。特别是低分子量PLA比高分子量PLA更易降解，是实现ESO4-PLA塑料在自然环境中快速完全降解的关键。此外，低分子量PLA成本低廉，可以大规模合成，大大降低了ESO4-PLA塑料的成本。由于其令人满意的生物相容性，ESO4-PLA塑料有希望作为商品塑料的替代品，特别是在食品、化妆品和制药工业中。本研究为生物基ESO4-PLA塑料的大规模生产提供了一种技术简单、成本低廉的方法。动态交联具有良好降解性能的生物质材料为制备高性能可降解可回收塑料提供了一条便捷的途径，这将有助于实现循环和绿色塑料经济。