研究背景
随着大众的环保意识的与日俱增，作为可生物降解材料的聚乳酸（PLLA）开始在各行各业中占据一席之地。然而，PLLA制品在服役过程中难以避免的物理老化行为使得材料的微观结构和宏观性能均发生显著变化，这严重限制了PLLA的发展前景。因此，深入讨论PLLA物理老化的相关潜在机理十分必要。
文章要点
作为PLLA的本征参数之一，本研究系统性地讨论了分子量在物理老化过程中对微观结构和宏观性能的调控机制，以更好地理解PLLA的物理老化行为。拉伸实验数据表明，不同分子量的样品的延展性均随着物理老化的发展而恶化，并且恶化速率随着分子量的增大而呈现出减小的趋势。另外，对于相同物理老化时间下的不同样品的DSC一次升温曲线，随着分子量的增大，样品在Tg处的吸热峰的峰面积减小并且峰值温度增大。松弛活化能的计算结果显示，样品的β松弛活化能的增长率随着分子量的增加而减小，与上述实验结果相符。需要注意的是，分子量对PLLA物理老化行为的影响程度随着分子量的不断增加而逐渐被削弱，呈现“饱和效应”。根据凝聚缠结理论，可以推测，同一物理老化时间下高分子量PLLA的物理老化过程的延缓源于体系内凝聚缠结的有效数目的减少。随着分子量的增加，样品体系内的拓扑缠结密度增大并且松弛行为更难发生，导致凝聚缠结的形成所需的局部重排过程受限。换句话说，分子量的增大限制了凝聚缠结的“生长过程”，导致体系内凝聚缠结结构的有效数目的减少，宏观上反应为材料物理老化行为的改变。然而，当缠结密度足够高时，分子量的进一步的增加对于PLLA物理老化过程的延缓作用十分有限，边际效益低。因此，结合实际情况选择适合的分子量能够有效削弱PLLA的物理老化对制品的性能的不良影响。本研究从微观结构层面阐明了分子量对PLLA物理老化行为的调控机制，为高性能PLLA制品的制备提供了分子量方面的理论指导。
图文展示
图1. (a)低、(b)中和(c)高分子量PLLA样品在不同老化时间下的应力-应变曲线；(d、e)不同样品的断裂伸长率和拉伸强度的比较。
图2. (a)不同物理老化时间下低、中、高三种分子量PLLA样品的DSC一次升温曲线；(b, c)相同物理老化时间下不同样品之间DSC曲线的对比；(d, e, f)三种分子量PLLA样品DSC曲线随物理老化时间的变化情况。
图3. 低分子量PLLA样品在(a1-e1) 60-80 ºC以及(a2-e2) -80-0 ºC温度范围内在不同物理老化时间下的介电损耗谱及(f1, f2)其Arrhenius线性拟合结果。
图4. 中分子量PLLA样品在(a1-e1) 60-80 ºC以及(a2-e2) -80-0 ºC温度范围内在不同物理老化时间下的介电损耗谱及(f1, f2)其Arrhenius线性拟合结果。
图5. 高分子量PLLA样品在(a1-e1) 60-80 ºC以及(a2-e2) -80-0 ºC温度范围内在不同物理老化时间下的介电损耗谱及(f1, f2)其Arrhenius线性拟合结果。
图6. 不同分子量PLLA样品其(a) α、（b） β松弛活化能随物理老化时间的变化趋势以及(c) β松弛活化能的增长速率。
图7. 物理老化过程中样品(a)延展性的总体衰减速率和β松弛活化能的平均增长率随分子量的变化趋势。(b) PLLA物理老化过程中分子量调控机制示意图。
综上，本工作以“Microstructure and Performance Evolution of Poly(L-Lactic Acid) during Physical Aging: Effect of Molecular Weight”为题发表在TOP期刊《Biomacromolecules》（中科院化学大类1区）上。论文的第一作者为西南交通大学2023级博士生张智宣，通讯作者为av直播
孙得翔助理教授和王勇教授。
Zhi-xuan Zhang, Chao-qun Wu, Yi-fan Zha, De-xiang Sun*, Xiao-dong Qi, Jing-hui Yang, Yong Wang*. Microstructure and Performance Evolution of Poly(L-Lactic Acid) during Physical Aging: Effect of Molecular Weight. Biomacromolecules, 2025, 26, 7190-7203.
文章链接：//pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.biomac.5c01668
王勇教授团队入选2020年四川省青年科技创新研究团队，团队主要从事高分子材料增强增韧、功能（导热、介电、相变、阻燃等）高分子复合材料的研究。现有教授1人、副教授2人、高工1人、讲师3人、博士后1人。团队主持包括9项国家自然科学基金在内的科研项目60余项，获2018年度四川省自然科学二等奖和2021年度四川省技术发明奖二等奖。在Prog. Polym. Sci.、Nano Micro lett.、Macromolecules等期刊发表高质量论文300余篇，ESI高被引论文6篇；主编教材1部，参编英文专著1部；申请或授权国家发明专利30余项。
