在自然界，生物體系能夠在相應的外界刺激或內在生物信號調節下實現物理性質的改變，這一特性引起材料領域科學家們的廣泛關注。基于仿生設計理念，目前諸多人工合成智能材料在生物醫學、軟體機器人、智能涂層等領域得到廣泛的應用。其中，通過引入增塑作用實現聚合物基體模量的調節成為當前該領域的研究熱點。
近日，瑞士弗里堡大學Christoph Weder教授基于在聚乳酸（PLA）基體內嵌入一定量含乙酸己酯塑化劑的聚脲醛（PUF）微膠囊（MC）構筑了新型應力感應自增韌熱塑性聚合物體系。當該新型復合體系處于一定的拉伸狀態下時，體系中的MC破裂釋放預存儲的塑化劑使得復合體系的斷裂伸長率相比于純PLA體系提升高達25倍，展現出顯著的自增韌效果。同時，沖擊實驗表明該復合體系的自增韌效果在高應變速率情況下同樣適用。
MC及PLA-MC體系結構形貌表征。圖片來源于：Adv. Mater.
基于乙酸己酯的低熔點（-80 ℃）、高沸點（182 ℃）及低揮發特性，研究人員將其作為增塑體系封裝入PUF微膠囊中進行相應聚合物自增韌研究。SEM及TGA測試表明：PUF-MC直徑為67 ± 22 μm，壁厚 15 ± 8 μm，乙酸己酯封裝率達66 ± 1%。選用的聚合物基體為非晶態的外消旋聚乳酸（聚DL乳酸），玻璃化轉變溫度約55 ℃；SEM表征顯示MC在PLA體系內具有良好的分散性。
PLA-MC體系的拉伸性能測試。圖片來源于：Adv. Mater.
同時，拉伸試驗和動態熱機械分析測試（DMA）表明，純PLA體系在拉伸率~ 2.4%處發生脆性斷裂，而引入MC后其韌性得到顯著提升，含有20% MC的PLA體系（PLA/20% MC）的斷裂伸長率增加至61 ± 25%；韌性由純PLA的175 kJ?m-3增加至3825 kJ?m-3，提升幅度超過一個數量級。
PLA-MC體系拉伸前后Tg測試。圖片來源于：Adv. Mater.
DSC測試顯示，所制備初始PLA及PLA/MC體系具有近似的玻璃化轉變溫度（52–55 °C），經過5%拉伸形變后PLA/MC體系Tg發生不同程度的降低。進一步的DMA測試表明，在5 %應力拉伸作用下基體內PUF膠囊完全破裂，進而釋放乙酸己酯產生增塑作用是復合體系Tg降低，樹脂增韌的主因。
PLA-MC體系DMA測試表征。圖片來源于：Adv. Mater.
此外，在自由落鏢沖擊實驗測試中，純PLA膜由于其高脆性，材料表面產生明顯破裂；而復合體系則展現出優異的抗沖擊性。該實驗結果表明在高應變速率作用下PLA-MC體系同樣具有顯著的自增韌作用，從而能夠完全耐受較高外部能量沖擊。
高速應變作用下PLA-MC體系的自增韌效果測試。圖片來源于：Adv. Mater.
有別于外部增塑劑的滲透增塑策略，該論文通過在脆性PLA基體內預嵌入含增塑劑的微膠囊；基于低拉伸應變下膠囊破裂實現增塑劑釋放，成功構筑了具有自增韌特性的PLA-MC復合樹脂體系。該研究成果為脆性樹脂的增韌改性提供了新的策略，同時，也為其他刺激響應性智能復合材料體系的構筑提供了參考。
