开发具有机械韧性、可回收、可在土壤中完全降解的生物基聚合物的绿色制造技术是十分迫切的。近期，华南理工大学曾劲松教授团队在温和的无溶剂条件下，由10-十一烷酸衍生二烯酯单体聚合制备了植物油基聚酯（PUD），产率高达92%，且具有环境友好性。由于存在内部可逆力，植物油基聚酯可轻松加工成各种形状和产品。植物油基聚酯薄膜的拉伸强度达到10.0MPa，同时还具有高柔性和防水性。此外，通过溶剂辅助或热压解聚/再聚合，聚酯在闭环中获得了优异的回收性能。土壤中的微生物和水可以在15周内完全降解植物油基聚酯。然而，植物油基聚酯的机械性能和热稳定性仍有待提高。因此，在植物油基聚酯基体中加入乙酰化纤维素纳米纤维（ACNF），制备出具有优异机械性能、热稳定性和阻隔性能的可生物降解复合材料。这种高性能、环保的纳米复合材料有望促进纤维素纳米纤维的多功能利用和植物油的实际应用。

图1.（a）由10-十一碳烯酸合成植物油基聚酯。（b）10-十一碳烯酸（UA）、二烯酯单体（UDA）和植物油基聚酯（PUD）的13C NMR光谱。（c）10-十一碳烯酸（UA）、二烯酯单体（UDA）和植物油基聚酯（PUD）的FT-IR光谱。

图2.（a）PUD薄膜的XRD图谱。（b）PUD薄膜在10℃·min-1下的DSC曲线。（c）PUD薄膜的储能模量。（d）PUD薄膜的损耗模量。（e）PUD膜的Tanδ与温度的函数关系。（f）PUD薄膜的TG和DTG曲线。（g）晶区和非晶区的分子模型。

图3.（a）通过流延成型获得的聚酯薄膜的机械性能。（b）在5MPa、80℃条件下熔融浇铸15分钟获得的聚酯薄膜（PUD-70℃）的机械性能。（c）将热压获得的PUD板卷起后制备的吸管。（d）熔融聚酯在定制的硅胶模具中成型。

图4.PUD薄膜的阻隔性能。

图5.（a）原始和焊接PUD薄膜的应力-应变曲线。（b）被切割成两片并焊接在一起的PUD薄膜条的数字图像。（c）装满300mL水的PUD薄膜袋可承载250g的砝码。（d）PUD薄膜和回收PUD薄膜的应力-应变曲线。（e）PUD薄膜闭环回收演示。（f）PUD薄膜的应力松弛曲线。

图6.（a）原始PUD膜（i）以及在土壤中掩埋5周（ii）、10周（iii）和15周（iv）后的PUD膜的数字图像（广州市，23°15′N，113°34′E）。PUD薄膜碎片用黄色圈出。（b）PUD膜在土壤中的降解机理。

图7.乙酰化纤维素纳米纤维（ACNF）的制备。

图8.（a）复合薄膜的应力-应变曲线。（b）拉伸应变和杨氏模量。（c）20%ACNF-PUD复合膜的显微CT图像。（d）ACNF增强植物油基聚酯的理论论证。（e）纯PUD膜和ACNF-PUD复合膜的截面形态图像。

图9.（a）纯PUD薄膜和ACNF-PUD复合薄膜的DSC曲线。（b）纯PUD膜和ACNF-PUD复合膜的XRD图谱。（c）纯PUD膜和ACNF-PUD复合膜的TG曲线。（d）纯PUD膜和ACNF-PUD复合膜的DTG曲线。

图10.（a）ACNF-PUD复合膜的水蒸气透过率。（b）覆盖和未覆盖ACNF-PUD膜的土壤7天内的含水量变化（广州市，23°15′N，113°34′E，室外温度17℃-30℃）。

该工作以“Acetylated cellulose nanofibers enhanced bio-based polyesters derived from 10-undecanoic acid toward recyclable and degradable plastics”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.147797）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147797