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杭州师大李勇进教授团队:利用界面立构复合晶增容制备高强超韧且能快速结晶的全生物降解材料
2021-03-06  来源:科技

  全生物降解材料在众多领域具有重要应用,受到广泛关注。PLA(聚乳酸)/PBAT(己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物)合金材料可望兼具PLA的强度和PBAT的韧性,是理想的全生物降解材料,已在工业上获得应用。然而PLA/PBAT合金仍然存在强度和韧性有待提高、耐热性不足与成型周期长等工业需求。杭州师范大betway88w投注李勇进教授课题组长期从事多相多组分体系反应性增容研究,先后实现了不相容高分组共混物的梳形分子增容、胶束增容和纳米粒子增容等 (ACS Macro Lett. 2015, 4, 1398; ACS Sustainable Chem. Eng. 2016, 4, 4480; Macromolecules 2017, 50, 9494; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 14358; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 33091; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 8411; J. Mater. Chem. A 2019, 7, 4903, Polymer 2019, 177, 139; Polymer 2019, 185, 121952; Composites Part B 2020, 198, 108153; Polymer 2020, 208, 122948, ACS Appl. Polym. Mater. 2020, 2, 5735)。近期,团队结合反应性增容和聚乳酸立构复合的原理,提出“界面立构复合晶增容”不相容共混物的新策略,设计制备出结构稳定的双连续合金(相关成果发表在Macromolecules 2020, 53, 10664)。


  最近,团队又将“界面立构复合晶增容”策略拓展至PLA/PBAT共混体系,在不对称组分PLA/PBAT共混物(70/30)中加入少量接枝有PDLA侧链的反应性增容剂,通过简单熔融共混获得稳定的纳米双连续合金。在增容后的共混物中,所有的立构复合晶都处于PLA和PBAT两相的界面上(图1c),这些界面立构复合晶体(i-SC)能够阻止熔融共混物相区的粗化和聚并,并将界面曲率低的“绷直”界面固定下来(图1b),最终形成稳定的双连续结构(图1a)。由于高效增容和立构复合晶体的共同作用,双连续合金的相区尺寸小于200 nm。 


图1. (a) PLA/PBAT(70/30, w/w)共混体系纳米双连续结构,(b)“绷直”的界面,(c)界面立构复合晶


  如图2所示,立构复合晶体增容体系不仅能有效降低界面张力,细化相区尺寸,更能够促进纳米双连续形貌的形成。这一现象突破了Leibler等研究中通过反应性共混制备纳米尺度双连续结构betway88w投注分子量的限制条件,为纳米双连续合金的工业制备提供了新途径。


图2. (a) 未增容体系,(b)普通反应性增容和(c) i-SC增容体系的微观形貌图


  和普通反应性增容的PLA/PBAT合金相比,界面立构复合晶体增容的双连续纳米合金具有更高的屈服强度、断裂强度、缺口冲击强度和耐热性,同时界面立构复合晶体还能提高PLLA组分的结晶速度(图3a-b)。尤为重要的是,这种界面立构复合晶体增容的共混物具有良好的结构稳定性,在高温熔体状态下多次长时间退火也基本不发生相区的粗化和聚并,有利于材料多次加工。


图3. (a) XRD曲线,(b) DSC曲线,(c)应力-应变曲线,(d)缺口冲击强度;上述曲线中(I) (II) (III)分别为未增容、传统反应性增容与i-SC增容样品


  该工作的相关成果以“Stable Co-Continuous PLA/PBAT Blends Compatibilized by Interfacial Stereocomplex Crystallites: Toward Full Biodegradable Polymer Blends with Simultaneously Enhanced Mechanical Properties and Crystallization Rates”发表于Macromolecules上。论文的第一作者是硕士研究生陈佳丽,通讯作者为李勇进教授和青年教师王亨缇。论文得到浙江省自然科betway88w投注基金重大项目和国家自然科betway88w投注基金的资助。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.0c02861

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(责任编辑:xu)
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