生物可降解PLA/PBAT/PPGDGE三元复合材料的界面增容机制与多性能协同提升研究

本研究针对聚乳酸(PLA)/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混体系相容性差的问题，创新性采用聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)作为反应型增容剂，通过熔融共混技术构建PBP三元体系。研究发现5 phr PPGDGE可使PBAT分散相尺寸最小化，断裂伸长率提升4倍至480.07%，缺口冲击强度达14,370.34 J/m2，同时透光率提高至90%，Vicat软化温度升至88.8°C。该研究为兼具预定使用寿命与生物安全性的PLA基材料提供了新策略。

　　

随着"双碳"战略推进，生物可降解材料迎来发展机遇，但聚乳酸(PLA)存在脆性大、结晶慢等缺陷。虽然与聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混能改善韧性，但两者溶解度参数差异导致严重相分离。传统环氧增容剂存在毒性大、成本高等问题，亟需开发新型环保增容策略。辽宁省教育厅资助的研究团队创新性地将聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)应用于PLA/PBAT体系，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究采用熔融共混技术构建PLA/PBAT/PPGDGE(PBP)三元体系，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证界面反应，结合扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析相形态，利用差示扫描量热法(DSC)评估热性能，并通过L929细胞实验验证生物相容性。

Analysis of PLA/PBAT grafting PPGDGE system
FTIR证实PPGDGE的环氧基团与PLA/PBAT端基发生开环反应，在1714 cm^-1(PLA)和1753 cm^-1(PBAT)处酯键特征峰发生蓝移，生成PLA-graft-PBAT共聚物。当PPGDGE添加量达5 phr时，玻璃化温度差(ΔT_g)最小，表明界面相容性最佳。

结论
PPGDGE的引入使PBAT分散相尺寸从3.2 μm减小至1.8 μm，断裂表面粗糙度显著增加，呈现明显韧性断裂特征。力学测试显示，5 phr组缺口冲击强度达14,370.34 J/m²，较未改性体系提升3.5倍；透光率提升至90%，Vicat软化温度提高6.2°C。降解实验表明PPGDGE的聚醚链段加速酯键水解，质量损失速率常数k绝对值从0.5711增至0.8582。L929细胞实验证实所有PBP材料均具有优异生物相容性(p<0.05)，活细胞密度高且增殖稳定。

该研究首次证实PPGDGE作为无毒增容剂可同步提升PLA/PBAT体系的力学、光学、热学和降解性能，为医疗、包装等领域的PLA基材料开发提供了新思路。特别是材料在保持生物安全性的前提下实现降解速率可调，解决了生物可降解材料服役寿命与环保需求的矛盾问题。