多重协同增效增韧：打造兼具优异韧性、强度与耐热性的全生物降解聚乳酸基工程塑料

为解决聚乳酸(PLA)韧性差、耐热性不足等问题，研究人员通过环氧功能化相容剂(ADR)和聚(d-乳酸)(PDLA)的协同作用，开发了一种新型PLLA/PBAT共混体系。该研究通过原位生成立体复合物(sc)晶粒和构建共连续结构，仅需15 wt% PBAT即可使PLLA缺口冲击强度达58.9 kJ/m2，同时保持57.5 MPa的高拉伸屈服强度和156.4°C的维卡软化温度。这项发表于《Polymer》的工作为全生物降解工程塑料的开发提供了创新策略。

　　

在石化资源日益枯竭和白色污染加剧的背景下，生物基可降解聚合物材料成为研究热点。其中聚乳酸(PLA)因其良好的生物相容性、机械强度和加工性能被视为最具前景的生物降解塑料。然而PLA存在致命缺陷：脆性大（缺口冲击强度仅约2 kJ/m²）、耐热性差（维卡软化温度约60°C），这严重限制了其在工程领域的应用。传统增韧方法需要添加高达30 wt%的聚(己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)，这不仅大幅降低材料强度，还使生物基含量骤减。如何在不牺牲材料其他性能的前提下实现高效增韧，成为PLA改性领域亟待突破的科学难题。

宁波材料技术与工程研究所的研究人员创新性地提出"三重协同"策略，通过简单的一锅法熔融共混工艺，将环氧功能化相容剂(ADR)和聚(d-乳酸)(PDLA)同时引入PLLA/PBAT体系。研究发现，ADR引发的反应性增容作用显著增强了界面粘附力，而PDLA与PLLA基体相互作用生成的立体复合物(sc)晶粒不仅提高了熔体粘度，还促进了基体结晶。这种协同效应使相形态从海岛结构转变为共连续结构，同时使基体结晶度显著提升。

研究采用广角X射线衍射(WAXD)证实了sc晶粒的形成，通过流变学测试揭示了熔体粘弹性行为的变化，并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了相形态演变。差示扫描量热法(DSC)分析表明，sc晶粒作为高效成核剂显著加速了PLLA基体结晶。力学性能测试显示，仅需15 wt% PBAT即可使PLLA缺口冲击强度提升至58.9 kJ/m²，达到超韧水平。热性能测试证实材料维卡软化温度高达156.4°C，远超常规PLA制品。

在"材料形成"部分，研究证实ADR通过环氧基团与PLLA/PBAT的羧基/羟基反应，原位生成PLLA-co-PBAT共聚物，大幅改善界面相容性。"立体复合物晶粒形成"部分显示，PDLA的加入使体系产生特征衍射峰(11.8°、20.8°和23.8°)，证实sc晶粒的成功构建。"流变行为"研究表明，sc晶粒使PLLA基体储能模量提升近两个数量级，为共连续结构的形成创造必要条件。"结晶行为"部分发现，sc晶粒使PLLA结晶半时间从纯PLLA的15.3分钟缩短至1.9分钟，结晶度达48.3%。"力学性能"测试表明，优化后的材料冲击强度是纯PLLA的29倍，同时保持与商品化工程塑料相当的拉伸强度。

这项研究通过"强界面粘附-共连续结构-高结晶基体"的协同作用，首次实现了PBAT增韧效率的突破性提升。相比传统方法，PBAT用量减少50%即可达到超韧效果，同时材料保持优异的强度和耐热性。特别值得注意的是，所得PLA合金的综合性能超越部分商品化非生物降解工程塑料，这为全生物降解材料在工程领域的应用开辟了新途径。研究提出的简单一锅法工艺具有显著的产业化优势，而sc晶粒调控相形态的发现为高分子共混体系的结构设计提供了新思路。该成果不仅解决了PLA材料的关键性能瓶颈，也为开发环境友好型高性能工程塑料提供了普适性策略。