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  聚乳酸（PLA）是目前應(yīng)用潛力最大的可降解生物基塑料，具有高模量和高強(qiáng)度等優(yōu)異的力學(xué)性能。在一次性使用制品如食品包裝、餐具、水杯、育苗缽和電子產(chǎn)品緩沖包裝等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可有效避免和緩解當(dāng)前不可降解的石油基塑料造成的“白色污染”等環(huán)境問題。因此，大力推進(jìn)以PLA為代表的可降解生物基材料的使用，是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。
  然而PLA脆性大、韌性差、抗沖擊和抗撕裂強(qiáng)度低，對(duì)缺口敏感，因此在上述領(lǐng)域的實(shí)用價(jià)值受到極大限制，需對(duì)其進(jìn)行增韌改性。傳統(tǒng)的增韌體系一般包括增塑劑、無機(jī)/有機(jī)剛性粒子、熱塑彈性體和可降解塑料等。增塑劑屬于小分子增韌體系，易遷出；剛性粒子與PLA基體的界面相容性較差，難以獲得優(yōu)異的增韌改性效果。而熱塑彈性體和可降解塑料均無法在兼顧PLA優(yōu)異的力學(xué)性能如高模量和強(qiáng)度及其可降解性能的前提下獲得優(yōu)異的增韌改性效果。
  針對(duì)這一問題，寧波材料所高分子事業(yè)部生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)結(jié)合熱塑彈性體和可降解塑料的增韌改性優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)合成了一系列基于非平面環(huán)的可降解熱塑彈性體作為大分子增韌助劑并用于PLA的增韌改性，取得了一系列重要進(jìn)展。
  以1,4-環(huán)己烷二甲酸（CHDA）（圖1）為代表的含非平面環(huán)結(jié)構(gòu)化合物是一類既具有類似于平面苯環(huán)剛性，又具有脂肪鏈柔性和可降解性的化合物。其飽和六元脂環(huán)結(jié)構(gòu)具有豐富的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，不僅具有順式和反式構(gòu)型轉(zhuǎn)變，也具有船式和椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變。研究人員首先將CHDA非平面環(huán)結(jié)構(gòu)引入傳統(tǒng)含軟段熱塑聚醚酯彈性體PBT-PTMG中，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控CHDA的含量和順反構(gòu)型比例，可以方便的調(diào)控產(chǎn)物的力學(xué)和熱學(xué)性能（圖2）（相關(guān)工作發(fā)表在RSC Advances, 2015, 5, 94091-94098）。在此基礎(chǔ)上，拋棄傳統(tǒng)熱塑聚醚酯彈性體結(jié)構(gòu)中所必須的聚醚軟段結(jié)構(gòu)，充分利用CHDA的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)變化特征，僅通過調(diào)控分子鏈中順式CHDA的含量，成功獲得綜合性能優(yōu)異的可降解無軟段熱塑彈性體PBC（圖3）（相關(guān)工作發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 13637，并已申請(qǐng)國家發(fā)明專利201410609985.8）。在此基礎(chǔ)上，通過引入己二酸共聚單體調(diào)控其與PLA的相容性，獲得具有一定脂肪鏈含量的可降解熱塑共聚酯彈性體PBAC，并將其用于PLA增韌。經(jīng)增韌改性后的PLA斷裂伸長(zhǎng)率和抗沖擊強(qiáng)度顯著提高，取得了良好的增韌改性效果（圖4）（相關(guān)工作發(fā)表在Composites Science and Technology, 2016, accepted）。下一步，研究人員將針對(duì)增韌改性機(jī)理及改性后的PLA可降解性能等進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究和評(píng)價(jià)，為推動(dòng)PLA的大規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
  上述工作得到寧波市自然基金（2014A610135）和國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（51503217）的支持，相關(guān)工作還榮獲2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)優(yōu)秀墻報(bào)獎(jiǎng)（2015年10月17-21日，蘇州），獲得了國內(nèi)同行的廣泛關(guān)注和好評(píng)。