聚合物纳米复合材料由含硅-橡胶-聚(d -乳酸)纳米颗粒的聚(乳酸)组成。图片来源:爱思唯尔(Elsevier)

新加坡科技研究局的研究人员通过添加核壳纳米颗粒作为填充剂，提高了聚乳酸的韧性，同时保持了其弹性。

聚乳酸(PLA)是一种生物可降解、生物相容性高、热加工性能好的聚合物，在生物医学应用和包装材料中得到了广泛的应用。但由于其脆性及机械稳定性较差，常通过添加增强聚合物以及采用不同的聚合方法来进行改性。然而，这些改性方法也降低了材料的强度和弹性模量，从而限制了其应用。

目前，新加坡科技研究局材料研究与工程研究所的Chaobin He、Beng Hoon Tan以及他们的同事们报告显示，通过加入核壳纳米颗粒作为填料可以增加PLA的韧性，同时保持材料的强度和模量。纳米颗粒具有橡胶链与硅胶共价连接的硅胶核以及聚(d -乳酸)(PDLA)外壳。制备纳米颗粒的一系列的步骤是通过一种叫做“开环聚合”的技术而实现的。

通过溶液混合将纳米颗粒添加到聚(l -乳酸)(PLLA)基体中，PDLA链和PLLA基体之间形成复合物。有趣的是，对聚合物纳米复合材料的热分析研究表明，材料在熔融再结晶后进行了完全的重新组装。通过在纳米颗粒中加入橡胶链，这种熔融记忆效应会大大增强。

Chaobin He说:“聚乳酸基体中存在硅-橡胶- PDLA纳米颗粒，其含PLLA的复合物在变形过程中提供了应力释放和桥接作用，从而在不牺牲强度和模量的情况下提高了韧性。”应力释放变得更加容易可能是因为橡胶在塑性变形过程中充当了应力集中器。通过对聚合物纳米复合材料的微观分析，已经确定了材料的变形机理为“裂纹”，即材料内部微空洞的形成和局部塑性变形部位的纤颤(纤维性颤动)。

Chaobin He表示:“大规模生产可再生资源中的聚乳酸，使我们的环保材料有希望取代以石油为基础的热塑性塑料。虽然我们的方法已经明显克服了纯聚乳酸较脆和机械稳定性差的缺点，但仍需要进一步优化材料和工艺以及提高纳米颗粒-聚合物基体的兼容性。”

Chaobin He总结道:“加入这些硅-橡胶-聚乳酸纳米颗粒可以增强聚乳酸的韧性，这将为在更广泛的应用领域(例如，消费性电子产品、汽车行业和包装行业)进一步开发可持续聚合物铺平道路。