熔融挤出高密度聚乙烯/聚氧化乙烯共混物中的相反转现象：分子量与流变行为的关键作用

为解决传统化学溶剂法制备多孔聚合物材料的环境污染问题，研究人员通过熔融挤出技术开发了一种绿色高效的HDPE/PEO共混纤维制备方法。研究发现，低分子量HDPE（HDPE-L）与PEO共混后可形成定向微通道结构，而高分子量HDPE（HDPE-H）则形成微纤维形态。该研究揭示了分子量与流变行为对相形态的调控机制，为组织工程等领域的功能材料设计提供了新思路。

　　

背景与挑战
多孔聚合物材料在能源存储、气体分离和生物医学等领域具有重要应用价值，但现有制备技术如热致相分离(TIPS)和非溶剂致相分离(NIPS)严重依赖有毒化学溶剂。尤其在组织工程领域，传统方法难以构建具有仿生定向微通道的纤维结构，制约了营养物质传输效率的提升。如何通过绿色工艺实现多孔纤维的可控制备，成为材料科学领域的重大挑战。

研究设计与技术路线
中国的研究团队创新性地采用熔融挤出-浸出法，系统比较了低分子量高密度聚乙烯(HDPE-L, M_w～1.3×10⁵ g/mol)与高分子量HDPE(HDPE-H, M_w～5.3×10⁵ g/mol)分别与聚氧化乙烯(PEO)共混的相形态演变。通过扫描电镜(SEM)观察微观结构，结合流变学分析和多级晶体结构表征，揭示了分子量差异导致的相反转现象。

关键发现

1. 材料与制备
   选用商业化的HDPE-L（埃克森美孚）和HDPE-H（大庆石化）与PEO共混，通过双螺杆挤出和牵伸工艺（牵伸比DR=3-15）制备纤维。

2. 相形态观察
   HDPE-L/PEO纤维浸出后形成直径0.89-2.1 μm的定向微通道，而HDPE-H/PEO体系则产生0.43-0.91 μm的微纤维。高牵伸比(DR=15)使两种结构的尺寸分别减小57.6%和52.7%。

3. 晶体结构分析
   广角X射线衍射(WAXD)显示HDPE-H纤维具有更高的链取向度和更快的取向动力学，其拉伸诱导晶型转变能力显著强于HDPE-L。小角X射线散射(SAXS)进一步证实HDPE-H的片晶排列更有序。

4. 流变机制阐释
   毛细管流变测试表明，HDPE-H在剪切场中表现出更强的弹性响应和应变硬化行为，这是其形成微纤维而非微通道的根本原因。相反，HDPE-L的粘性主导特性促使PEO相在剪切作用下形成连续网络。

结论与展望
该研究首次通过分子量调控实现了HDPE/PEO共混体系的相反转，建立了"分子量-流变行为-相形态"的构效关系。所开发的溶剂绿色化工艺突破了传统多孔材料制备的技术瓶颈，为组织支架等生物医学应用提供了新范式。论文发表于《Polymer》期刊，其创新性体现在：① 提出熔融挤出法制备定向微通道的普适性策略；② 阐明高分子量聚合物的弹性效应对相形态的决定作用；③ 为多孔功能材料的工业化生产提供了理论指导。未来研究可进一步优化微通道的拓扑结构，拓展其在药物缓释系统等领域的应用。