基于可再生资源合成构筑紫外线阻隔可见光透过的新型环境友好型聚乳酸材料的研究

To enhance the protection of poly(L-lactide)（PLA）on the coated substances and to reduce the damage of ultraviolet light to the PLA chains and then to increase the performance of the PLA under the ultraviolet irradiation environment, natural substances which contain hydroxyl group in the molecule and can absorb ultraviolet light, will be firstly introduced to initiate open-loop polymerization of L-lactide to build PLA chains with a function of absorbing ultraviolet light. Synthesis techniques and conditions for synthesizing PLA with different chain structure (different distribution and content of the UV absorbing group in the polymer chains and different length of the polymer chains) will be investigated first for adjusting the structure of the polymer chains. Basing on the constructed PLA chains, the characteristics of UV-cut/UV-stability and Vis-transparency as well as the protection performance of the PLA with different chain structure will be focused on. After that, effect of UV absorbing functional group covalently bonding to the PLA chains on the biodegradability, the crystallinity, the film forming, as well as the mechanical performance of the PLA materials will be studied. At last, a new principle and new method for synthesizing and constructing a new environmental-friendly PLA materials having a function of UV-cut/Vis-transparency and being UV-stable during the use and biodegradable after using waste will be established. By the research, the theoretical foundation and technical support for the applications of the new PLA materials in the area of package and agricultural mulch film will be provided.

创造性地以源于植物/作物等可再生资源且分子结构中含有羟基并具备紫外线吸收功能的物质引发丙交酯开环聚合，合成构建具备紫外线吸收功能的聚乳酸分子链，增强聚乳酸作为透明包覆材料对被包覆物的保护作用，减少紫外线对聚乳酸分子主链的破坏，提高聚乳酸在光照环境中的使用性能。研究不同链结构（紫外线吸收功能基团在聚合物分子链中的分布、含量和聚合物分子链长度等）聚乳酸的合成方法和条件，调控聚乳酸链结构；研究不同链结构聚乳酸对紫外线的吸收阻隔特性及稳定性、对可见光的透过特性及对被包覆物的防护性能等，研究紫外线吸收功能基团的引入对聚乳酸的生物降解性、结晶性、成膜性和物理机械性能的影响规律；建立基于可再生资源合成构筑具备阻隔紫外线透过可见光功能，使用过程中对光稳定而使用废弃后又可生物降解的新型环境友好型聚乳酸材料的新原理和新方法，为拓展聚乳酸材料在包装、农业地膜覆盖等领域的应用提供理论基础和技术支撑。

针对包装和农业地膜覆盖等领域使用难以生物降解材料导致环境污染问题，本项目提出研究紫外线阻隔可见光透过新型环境友好型聚乳酸材料，创造性地从大分子链结构设计出发，以源于植物等可再生资源分子结构中含有羟基并具备紫外线吸收UV功能基团的物质引发丙交酯开环聚合，合成构建具紫外光阻隔可见光透过特性的聚乳酸分子，增强聚乳酸作为透明包覆材料对被包覆物的保护作用和聚乳酸在光照环境中使用时的结构稳定性，同时又不牺牲聚乳酸原料来源可再生使用废弃后可生物降解的优势。重点研究了含不同UV功能基团的引发物质, aloe emodin-E,aloin-A,naringenin-N,riboflavin-R,和不同反应物投料组成所合成的聚乳酸分子结构，揭示出不同链结构聚乳酸合成规律，建立起聚乳酸分子量调控方法，调控丙交酯与引发物质摩尔比可调控聚乳酸相对数均分子质量，获得系列具备UV功能的聚乳酸分子PLA-En,PLA-An,PLA-Nn和PLA-Rn；研究揭示出所构建聚乳酸分子对紫外光的吸收特性和对可见光的透过特性及这些特性与UV功能基团的相互联系，四种聚乳酸分子在紫外光区呈现特征吸收，在可见光区则均透明无吸收；将不同引发物质共同作用合成构建出全紫外光区均有吸收的聚乳酸分子PLA-AEN和PLA-ER；研究揭示出所构建聚乳酸分子在紫外光作用下的结构稳定性及稳定机制，UV功能基团将吸收的高能量紫外光通过分子内氢键质子转移耗散为低能量荧光，使聚乳酸主链免受紫外线辐照破坏，进而增强聚乳酸抗紫外光性能；UV功能基团键接于聚乳酸分子链端赋予聚乳酸阻隔紫外光功能但对聚乳酸透明性、生物降解性、结晶性、成膜性和力学性能影响小；研究了所构建聚乳酸分子制成薄膜后对探针物质的防护作用，聚乳酸分子链端的UV功能基团通过吸收紫外光而阻隔紫外光透过薄膜进而保护被包装被覆盖的探针物质；将所构建聚乳酸分子引入商品聚乳酸中构筑得到紫外光阻隔可见光透过可生物降解并具备良好力学性能的功能型聚乳酸薄膜材料。项目研究成果为发展并促进环境友好型聚乳酸材料在包装和农业地膜覆盖等领域的应用提供了新思路新方法和新的科学技术理论支撑。