无定形PLA的水解降解：机械载荷的影响

《Polymer Degradation and Stability》：Hydrolytic degradation of amorphous PLA: Effect of mechanical loads

本研究考察了无定形聚乳酸（PLA）在机械载荷下的水解降解行为，发现分子量低于10 kg/mol时，压缩载荷显著加速降解，且拉伸载荷比压缩载荷更促进降解。降解过程中伴随结晶度增加和玻璃化转变温度下降，导致力学性能（弹性模量和屈服应力）随分子量降低而线性下降。实验表明，低分子量PLA在载荷下易发生蠕变失效，且机械载荷与水解降解共同作用显著影响材料性能。

　　聚乳酸（PLA）是一种常见的生物降解性聚合物，广泛应用于生物医学、农业、包装以及纺织等多个领域。其降解过程主要发生在水性环境中，涉及聚合物链的断裂，导致机械性能的逐渐降低和质量损失。尽管PLA在不同温度和pH条件下的降解行为已被广泛研究，但机械负载对其降解速率的影响却较少受到关注。本研究探讨了初始无定形PLA在机械负载下的降解行为，揭示了机械负载如何影响PLA的降解速率以及降解如何改变其机械性能。

PLA的降解主要通过水解反应进行，其中水分子进入聚合物基体并与其酯键反应，导致链断裂。在没有机械负载的情况下，PLA在不同温度下的降解行为已被研究，并且其质量损失、水吸收和分子量的变化均随降解时间而变化。同时，降解过程中，玻璃化转变温度和结晶度也会发生改变。在本研究中，PLA在不同温度下表现出的降解行为一致，表明其降解机制在不同温度下保持稳定，尽管降解速率存在差异。

研究还发现，机械负载对PLA降解速率有显著影响，尤其是在分子量低于约10 kg mol?1时，压缩负载会加速降解过程。这一发现与一些先前研究一致，其中某些研究表明机械负载能够显著改变聚合物的降解行为。此外，PLA在低负载下表现出显著的蠕变行为，说明其在降解过程中可能因结构变化而更容易发生蠕变失效。这表明，机械负载不仅影响PLA的降解速率，还可能在降解过程中促进其结构的改变，从而影响其机械性能。

在降解过程中，PLA的机械性能如弹性模量和屈服应力都会逐渐降低。在没有机械负载的情况下，PLA的降解导致其机械性能的显著下降，而在有机械负载的情况下，这种下降更为明显。这一现象可能与降解过程中发生的机械再生活化有关，即在降解过程中，机械负载可能通过改变聚合物的结构状态，使其更容易发生塑性形变，从而加速降解过程。此外，降解过程中，PLA的结晶度会增加，这可能进一步影响其机械性能。

研究还通过扫描电子显微镜（SEM）和差示扫描量热法（DSC）对PLA的降解过程进行了详细分析。SEM图像显示，降解过程中PLA表面逐渐形成多孔结构，而DSC数据则表明，随着分子量的降低，玻璃化转变温度也会下降，这与PLA的降解机制密切相关。这些数据支持了PLA在降解过程中发生结构变化的假设，同时也表明机械负载可能对这种结构变化产生影响。

综上所述，本研究揭示了机械负载对PLA降解行为的影响，特别是在分子量较低时，机械负载能够显著加速其降解过程。同时，机械负载还可能导致PLA发生蠕变，从而影响其机械性能。这些发现对于理解PLA在负载条件下长期性能的预测具有重要意义，并为未来开发更精确的降解模型提供了基础。