Sustainable Poly(butylene adipate-co-furanoate) Composites with Sulfated Chitin Nanowhiskers: Synergy Leading to Superior Robustness and Improved Biodegradation

己二酸 材料科学 生物降解 复合材料 复合数 聚合物 纳米纤维素 可生物降解聚合物 极限抗拉强度 化学工程 纤维素 有机化学 化学 工程类
作者
Truong Vu Thanh,Lâm Tấn Hào,Ha-Young Cho,Hyeri Kim,Seul‐A Park,Minkyung Lee,Hyo Jeong Kim,Hyeonyeol Jeon,Sung Yeon Hwang,Jeyoung Park,Dongyeop X. Oh,Jun Mo Koo
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (26): 8411-8422 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c01395
摘要

Plastic waste accumulation is a current societal crisis. Although replacing nondegradable plastics with biodegradable alternatives is one solution to this problem, conventional biodegradable plastics have low mechanical performance and require fastidious decomposition conditions. Consequently, fulfilling the industrial requirements of processability, end-use applicability, and post-use biodegradability is difficult. Therefore, integrating mechanical robustness and enhanced degradability into a single material is critical. Herein, we introduce a fully biomass-derived poly(butylene adipate-co-furanoate) (PBAF) composite with sulfated chitin nanowhiskers prepared by in situ polymerization. This approach efficiently disperses the nanofiller in the polymer matrix and creates beneficial interactions between the nanofiller and the furan rings of the polymer, resulting in excellent material properties. A PBAF composite film loaded with 0.1 wt % nanofiller is as strong as a nondegradable engineering plastic (i.e., poly(ethylene terephthalate)) and exhibits higher tensile strength (1.6-fold), tear toughness (1.4-fold), and degradation rate (1.7-fold) than neat PBAF. A structure–performance relationship study revealed that the nanofiller is accommodated close to the furan rings of the polymer, which results in noticeable segmental mobility and structural change, whereas the benzene rings of conventional poly(butylene adipate-co-terephthalate) show negligible change due to its sturdy crystalline phase. The developed all-organic composite is a sustainable alternative to conventional plastics.

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