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常州大學楊榮副教授/李錦春教授團隊 Macromolecules：“硬核-軟殼”不飽和聚醚酯自硫化制備可生物降解超韌聚乳酸共混物

2023-09-07 來源：高分子科技

提高聚乳酸（PLA）的韌性是擴寬PLA基可持續材料應用領域的關鍵因素。然而現有的高效增韌改性劑大多是基于不可降解的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯及其共聚物，這反而犧牲了聚乳酸的最大優點 - 可生物降解性。因此，制備超韌聚乳酸的同時維持其可生物降解性是聚乳酸改性的一大挑戰。

圖1. PBSF20G（a），PLA/PBSF0G（b）和PLA/PBSF20G (C)的透射電鏡的形貌圖及其相結構示意圖（d）。

近期，常州大學材料科學與工程學院楊榮副教授和李錦春教授團隊合成了一系列不飽和聚丁二酸/富馬酸丁二醇酯-b-聚乙二醇多嵌段聚醚酯（PBSFG），研究了聚醚酯中富馬酸含量的不同對聚乳酸共混物力學性能和降解性能的影響關系。在不添加過氧化物引發劑的情況下，PBSFG聚醚酯在加工過程中可以自硫化形成以聚丁二酸/富馬酸丁二醇酯（PBSF）硬段為核，聚乙二醇（PEG）軟段為殼的核殼結構，同時生成PBSFG-g-PLA接枝共聚物。這種特殊的核殼結構可以吸收大量沖擊功，大幅提高聚乳酸共混物的韌性。共混物的斷裂伸長率和沖擊強度分別為303.1%和76.1kJ/m²；相比純聚乳酸分別提高了101和24倍。更重要的是，在蛋白酶K的催化降解實驗中，半連續相分散的PBSFG其殼層的PEG親水鏈段形成連續水通道，可將蛋白酶K引入到材料內部，使材料迅速崩解，從而大幅提高共混物的降解速率。酶降解9天后，共混物的質量損失最高可達90%以上，與純聚乳酸降解速率相當。這項研究將為可全降解的超韌聚乳酸共混材料的設計和開發提供新的研究思路。

圖2. 聚乳酸及其共混物的缺口沖擊強度（a）和拉伸應力應變曲線（b）。

圖3. 聚乳酸和PLA/PBSFG共混物（a）以及不飽和聚醚酯PBSFG（b）在蛋白酶K催化下不同降解時間的質量損失。

相關工作以“Supertough and Biodegradable Poly(Lactic Acid) Blends with “Hard?Soft” Core?Shell Unsaturated Poly(ether-ester) through Self-Vulcanization”為題發表在高分子領域期刊《Macromolecules》上，文章第一作者/通訊作者為常州大學材料科學與工程學院的楊榮副教授，共同通訊作者為李錦春教授。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01126

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（責任編輯：xu）

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