研究背景：

近年来，人们试图解决过度使用塑料产品对环境和生态系统的影响。开发和应用环保型高分子材料是解决塑料污染的重要策略之一。聚乙醇酸(PGA)是一种新兴的生物堆肥材料，由于其生物相容性、耐化学性和优异的阻隔性能，在包装方面具有广阔的应用前景。然而，PGA的延展性差，极大地限制了它的应用。传统的聚合物增韧策略是共聚和共混。共聚合需要复杂的合成工艺，并对其他性能有严重影响，尽管韧性的提高是相当大的。共混材料适合工业规模生产，但柔性构件导致强度牺牲，而弱界面相互作用导致延展性改善有限。因此，实现优异强度和延展性的平衡是扩大PGA应用的关键挑战。

研究内容：

江南大学的马丕明等提出了一种通过“高温熔化-淬火”策略制备了低结晶度的PGA/PBAT薄膜，该策略为操纵非晶和晶体结构提供了充足的空间。在随后的拉延过程中，强调了温度依赖性链迁移率对控制结构和性能的作用。从而获得了具有可设计强度和延展性的PGA/PBAT薄膜。系统地研究了温度依赖性链迁移率对PGA/PBAT薄膜取向、弛豫、结晶和相形貌的影响。本工作为研究PGA在单轴拉伸过程中的结构-性能关系提供了良好的思路，为制备高性能半晶聚合物产品提供了理论依据。

主要研究结果：

1.PGA/PBAT薄膜制备工艺示意图。

2. (a)淬火后PGA/PBAT薄膜的DSC曲线和(b)典型的室温工程应力-应变曲线。

3.（a） 拉伸过程中的应力-应变曲线和（b）淬火PGA/PBAT膜的应力松弛曲线。

4.a） 2D-WAXS图案和（b）绘制的PGA/PBAT膜的相应1D-WAXS轮廓（沿赤道方向整合）。绘制方向是水平的，如双头箭头所示。（c）与PGA（110）和PBAT（010）反射相关联的定向参数(f)。

5.PGA/PBAT薄膜的总非晶态和晶体分数(b)各向同性相和定向晶体/非晶态分数。

6.绘制的PGA/PBAT薄膜在(a)1810~1670cm−1，(b) 1500~1000 cm−1和(c) 1000~700 cm−1波数范围内的FTIR光谱。(a′) PGAν(C=O)谱带的波数，(b′)(c′)特征谱带强度。

7.PGA/PBAT电影的SAXS结果。(a) 2D-SAXS图案和(b)沿着绘制方向整合的相应的1D-SAXS轮廓；(c)长周期(L)、晶体厚度(Lc)和非晶厚度(La)。

8.获取赤道散射单位长度的方法。(a)用于SAXS模式方位扫描的洛伦兹拟合的例子。(b)方位宽度(Bobs)作为1/q函数的曲线图，用于确定平均长度(Lf)和方位参数(Bϕ)。

9.拉伸的PGA/PBAT膜的(a) DSC曲线和(b) TMDSC不可逆曲线和(c)可逆热流曲线。(d)PGA相对于Td的Xc-PGA、XMAF和XRAF。

10.（a）拉伸PGA/PBAT膜的储能模量和（b）阻尼因子的温度依赖性。（c） 60°c时的E′和（d）拉伸PGA/PBAT膜的Tg，DMA。

11.在（a1，a2，a3）35°C和（c1，c2，c3）60°C下绘制的PGA/PBAT膜的TEM和AFM图像。绘图方向由双头箭头表示。

12.（a） 拉伸薄膜的典型应力-应变曲线、（b）断裂伸长率和（c）力学性能（杨氏模量、屈服强度和抗拉强度）。

13.拉伸的PGA/PBAT薄膜的相和结构变化的示意图。

研究结论：

本文通过调节PGA在单轴拉伸过程中的取向、弛豫和结晶，制备了具有可设计强度和延展性的PGA/PBAT薄膜，并揭示了其结构-性能关系和机理。在低Td区域，较差的链迁移率导致应力诱导的取向结晶和非晶相主导结构，赋予拉伸薄膜显著的应变硬化和优异的极限强度。获得了令人印象深刻的145 MPa的拉伸强度，这比未拉伸膜的拉伸强度高约10倍。然后，由中等Td区域中的受激链迁移率引起的快速链松弛导致膜的取向降低，同时由于缓慢的静态结晶动力学，结晶度仍然较低。因此，相应的拉伸膜表现出优异的延展性，例如断裂伸长率为320%，但拉伸强度低(71 MPa)。在高Td区，应力诱导的微晶限制了链松弛，并提供了更多的强化元素。因此，强度和刚度都得到了增强；例如，拉伸强度和杨氏模量分别高达103和2800 MPa，与未拉伸膜相比，分别高出605%和112%。

同时，拉伸的薄膜保持非常好的延展性，断裂伸长率约为220%。因此，这一工作为高性能PGA/PBAT薄膜提供了更广泛的潜在应用，也为调节半结晶聚合物共混物的力学性能提供了一种有效的途径。

参考文献：

Drawing Temperature-Dependent Mechanical Properties of Poly(glycolic acid)/Poly(butylene adipate-co-terephthalate) Films

原文链接：

https://pubs.acs.org/action/showCitFormats?doi=10.1021/acs.macromol.2c01823&ref=pdf