技术突破！用这种材料增韧PLA/PHB，性能可媲美PC、ABS！ - 展会新闻 - 华塑展-2024宁波生物降解塑料及应用展览会

技术突破！用这种材料增韧PLA/PHB，性能可媲美PC、ABS！

2021-11-22

新加坡国立大学何超斌课题组通过物理共混的方式制备了PLA/PHB/PMMA复合材料，力学性能甚至可以媲美PC、ABS等商用高强度、高韧性工程塑料。

相关论文已发表在Macromolecular Rapid Communications上，第一作者为新加坡国立大学材料专业博士研究生侯绪楠，合作单位为南洋理工大学材料科学与工程学院。

生物降解聚酯材料因优异的可加工性和环境友好性而被认为是＊有前途的塑料替代品之一。其中，力学强度优异的聚乳酸（PLLA）和可海水降解的聚羟基丁酸酯（PHB）受到广泛关注。然而PLLA和PHB的脆性和低延展性严重阻碍了它们在柔性电子材料，生物组织工程等领域的进一步应用。此外，高分子量PLLA 和 PHB 之间较差的相容性也仍是一个难题。

当前的PLA/PHB材料增韧方法主要包括：与柔软的橡胶/弹性体共混，界面改性生成共价键，或添加增塑剂。然而上述策略存在两个明显缺点：（1）加入的弹性组分往往牺牲了材料的强度与模量；（2）化学改性方法常需要大量有毒溶剂，违背绿色化学原则。

针对这些问题，新加坡国立大学材料科学与工程系何超斌课题组基于热力学进行材料设计，选定生物医用高分子聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，商用名亚克力树脂），通过简单绿色的物理共混制备了PLA/PHB/PMMA。

PLA/PHB二元复合物中，较差的相容性导致PHB形成大尺寸分散相，力学性能不尽如人意。测试表明，PLA/PHB与少量PMMA共混后，弱相互作用和熵共同驱动PMMA的扩散自组装，在界面处形成致密的分子缠结网络，并使PHB分散相尺寸缩小至纳米级别。令研究者惊讶的是，尽管 PLA，PHB和PMMA均为脆性材料（断裂形变<10%），它们的共混复合物却产生意想不到的协同效应：不但展现出极高的延展性和韧性（断裂形变>160%），相较纯PLA提高了55倍，而且保持了优异的强度和刚性。

值得一提的是，PLA/PHB/PMMA的力学性能可媲美于聚碳酸酯（PC）、ABS树脂等商用高强度、高韧性塑料。这也是首次实现多个脆性高分子在无需任何化学反应即产生协同增韧效应。所得的三元复合物还具有极高的柔性和可塑性（弯曲达180度），且重复弯曲500次后仍能保持高延展性，有望应用于先进绿色柔性器件，如易弯折电子设备和生物医用植入领域。对于断裂机理的研究表明，纳米级分散相和高分子界面链段缠结产生数以万计的剪切形变和银纹结构，使它更加经久耐用。＊后，研究者进一步总结出了具有普适性的材料设计方案，并借助该方法发现了其他几个基于PLA的高度增韧共混案例。

研究者相信，此项工作使低成本绿色共混制备高性能可降解塑料成为可能，也为高分子复合物的设计提供了新的理论基础。

来源：AdvancedScienceNews

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