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  評價高分子材料的韌性，通常需要同時考慮到兩個方面，即抗沖擊強度和拉伸延展性，那么只有兼具強度和延展性，才能說材料具有優(yōu)異的韌性。聚乳酸是一種脆性的生物質(zhì)來源的合成高分子材料，一般而言，改善聚乳酸拉伸韌性（延展性）相對容易，但要提升其抗沖擊強度則具有很大的挑戰(zhàn)性，聚乳酸材料抗沖擊強度和延展性之間的矛盾始終沒有得到有效的解決。

  安徽農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)分子工程中心章亞瓊老師，制備了一種蓖麻油基聚酰胺彈性體(PUDA-co-BUDA)，通過構(gòu)筑聚乳酸(PLA)/聚酰胺彈性體(PUDA-co-BUDA)二元共混增韌體系，僅添加1wt% 的PUDA-co-BUDA彈性體便可達到顯著的拉伸增韌效果 (圖1)，但這也同時損失了聚乳酸材料的抗沖擊強度（Appl. Surf. Sci. 2020, 506, 144684）。

圖1. 具有不同質(zhì)量比的PLA/PUDA-co-BUDA共混物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線: (a)整個應(yīng)變范圍內(nèi); (b)局部應(yīng)變范圍內(nèi); (c) PUDA-co-BUDA在PLA基質(zhì)中的相形態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

  進一步研究發(fā)現(xiàn)，三元共混體系形成的復(fù)雜相形態(tài)能夠有效解決這一難題，其中PLA/EGMA/PA11三元共混體系可以實現(xiàn)了材料抗沖擊強度與延展性之間的平衡 (圖2)，在EGMA含量相同的前提下，PA11彈性體的加入不僅沒有大幅度降低聚乳酸材料的拉伸應(yīng)變，而且更顯著地提高了聚乳酸復(fù)合材料的抗沖擊強度，使兩者均保持在較高水平上，這一切都要得益于PA11與EGMA之間形成的一種奇特的核殼微結(jié)構(gòu)，該核殼微結(jié)構(gòu)起到了協(xié)同增強增韌作用（Appl. Surf. Sci. 2020, 526, 146657）。

圖2. (a) 具有不同質(zhì)量比的PLA/EGMA/PA11三元共混物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線; (b) PLA/ EGMA/PA11三元混合物抗沖擊強度隨PA11含量的變化情況。

  最近，為了大幅度降低PLA/EGMA/PA11三元共混體系中EGMA用量(20wt%)，而同時可實現(xiàn)聚乳酸材料的增強增韌效果，安徽農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)分子工程中心章亞瓊老師采用聚酰胺彈性體(PUDA-co-BUDA)取代了PA11, 通過構(gòu)筑類似的PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元共混體系 (圖3) (EGMA用量僅為10wt%)，引入的蓖麻油基聚酰胺彈性體PUDA-co-BUDA和EGMA彈性體，在共混物中形成“硬-軟”核-殼微結(jié)構(gòu)，一旦在PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA共混物的樣品上施加了外部沖擊力，沖擊能量就可以通過EGMA殼迅速傳遞到PUDA-co-BUDA核中，并通過EGMA殼進一步向各個方向傳遞，起到消除應(yīng)力集中的作用。該聚乳酸材料同時增強增韌性能的實現(xiàn)，有利于提高聚乳酸材料在醫(yī)療、包裝等方面的應(yīng)用前景，而構(gòu)建多元共混體系策略為聚乳酸結(jié)構(gòu)-性能的開發(fā)提供了新的研究方向。

圖3. (a) PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元混合物的抗沖擊強度隨PUDA-co-BUDA含量的變化情況; (b)具有不同質(zhì)量比的PLA/EGMA/PUDA-co-BUDA三元共混物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線; (c) EGMA/ PUDA-co-BUDA核-殼微結(jié)構(gòu)的示意圖。

  該研究成果以“Bio-based polyamide-assisted supertoughening of polylactide through hardening of the EGMA elastomeric domains of much low amount”為題，，近期發(fā)表在Applied Surface Science雜志上，安徽農(nóng)業(yè)大學章亞瓊老師和陳佳偉碩士研究生為論文共同第一作者，中國科學技術(shù)大學王志剛教授和安徽農(nóng)業(yè)大學汪鐘凱教授為論文共同通訊作者。相關(guān)工作已授權(quán)中國發(fā)明專利一項，該工作得到了國家自然科學基金的資助。

  論文鏈接地址：

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

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

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