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  評(píng)價(jià)高分子材料的韌性，通常需要同時(shí)考慮到兩個(gè)方面，即抗沖擊強(qiáng)度和拉伸延展性，那么只有兼具強(qiáng)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(duì)容易，但要提升其抗沖擊強(qiáng)度則具有很大的挑戰(zhàn)性，聚乳酸材料抗沖擊強(qiáng)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(xué)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(dá)到顯著的拉伸增韌效果 (圖1)，但這也同時(shí)損失了聚乳酸材料的抗沖擊強(qiáng)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(gè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了材料抗沖擊強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)可實(shí)現(xiàn)聚乳酸材料的增強(qiáng)增韌效果，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)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?jī)H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(jìn)一步向各個(gè)方向傳遞，起到消除應(yīng)力集中的作用。該聚乳酸材料同時(shí)增強(qiáng)增韌性能的實(shí)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(qiáng)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(xué)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王志剛教授和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)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(guó)發(fā)明專利一項(xiàng)，該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)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