安农大章亚琼博士和汪钟凯教授课题组通过制备植物油脂弹性体实现聚乳酸增强增韧

安徽农业大学生物质分子工程中心章亚琼老师，制备了一种蓖麻油基聚酰胺弹性体(PUDA-co-BUDA)，通过构筑聚乳酸(PLA)/聚酰胺弹性体(PUDA-co-BUDA)二元共混增韧体系，仅添加1wt% 的PUDA-co-BUDA弹性体便可达到显著的拉伸增韧效果 (图1)，但这也同时损失了聚乳酸材料的抗冲击强度（Appl. Surf. Sci. 2020, 506, 144684）。

图1. 具有不同质量比的PLA/PUDA-co-BUDA共混物的应力-应变曲线: (a)整个应变范围内; (b)局部应变范围内; (c) PUDA-co-BUDA在PLA基质中的相形态结构示意图。

进一步研究发现，三元共混体系形成的复杂相形态能够有效解决这一难题，其中PLA/EGMA/PA11三元共混体系可以实现了材料抗冲击强度与延展性之间的平衡 (图2)，在EGMA含量相同的前提下，PA11弹性体的加入不仅没有大幅度降低聚乳酸材料的拉伸应变，而且更显著地提高了聚乳酸复合材料的抗冲击强度，使两者均保持在较高水平上，这一切都要得益于PA11与EGMA之间形成的一种奇特的核壳微结构，该核壳微结构起到了协同增强增韧作用（Appl. Surf. Sci. 2020, 526, 146657）。

图2. (a) 具有不同质量比的PLA/EGMA/PA11三元共混物的应力-应变曲线; (b) PLA/ EGMA/PA11三元混合物抗冲击强度随PA11含量的变化情况。

最近，为了大幅度降低PLA/EGMA/PA11三元共混体系中EGMA用量(20wt%)，而同时可实现聚乳酸材料的增强增韧效果，安徽农业大学生物质分子工程中心章亚琼老师采用聚酰胺弹性体(PUDA-co-BUDA)取代了PA11, 通过构筑类似的PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元共混体系 (图3) (EGMA用量仅为10wt%)，引入的蓖麻油基聚酰胺弹性体PUDA-co-BUDA和EGMA弹性体，在共混物中形成“硬-软”核-壳微结构，一旦在PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA共混物的样品上施加了外部冲击力，冲击能量就可以通过EGMA壳迅速传递到PUDA-co-BUDA核中，并通过EGMA壳进一步向各个方向传递，起到消除应力集中的作用。该聚乳酸材料同时增强增韧性能的实现，有利于提高聚乳酸材料在医疗、包装等方面的应用前景，而构建多元共混体系策略为聚乳酸结构-性能的开发提供了新的研究方向。

图3. (a) PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元混合物的抗冲击强度随PUDA-co-BUDA含量的变化情况; (b)具有不同质量比的PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元共混物的应力-应变曲线; (c) EGMA/ PUDA-co-BUDA核-壳微结构的示意图。

该研究成果以“Bio-based polyamide-assisted supertoughening of polylactide through hardening of the EGMA elastomeric domains of much low amount”为题，，近期发表在Applied Surface Science杂志上，安徽农业大学章亚琼老师和陈佳伟硕士研究生为论文共同第一作者，中国科学技术大学王志刚教授和安徽农业大学汪钟凯教授为论文共同通讯作者。相关工作已授权中国发明专利一项，该工作得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接地址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219335007

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433220314148

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433221009211

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