在自然界，生物体系能够在相应的外界刺激或内在生物信号调节下实现物理性质的改变，这一特性引起材料领域科学家们的广泛关注。基于仿生设计理念，目前诸多人工合成智能材料在生物医学、软体机器人、智能涂层等领域得到广泛的应用。其中，通过引入增塑作用实现聚合物基体模量的调节成为当前该领域的研究热点。
近日，瑞士弗里堡大学Christoph Weder教授基于在聚乳酸（PLA）基体内嵌入一定量含乙酸己酯塑化剂的聚脲醛（PUF）微胶囊（MC）构筑了新型应力感应自增韧热塑性聚合物体系。当该新型复合体系处于一定的拉伸状态下时，体系中的MC破裂释放预存储的塑化剂使得复合体系的断裂伸长率相比于纯PLA体系提升高达25倍，展现出显著的自增韧效果。同时，冲击实验表明该复合体系的自增韧效果在高应变速率情况下同样适用。
MC及PLA-MC体系结构形貌表征。图片来源于：Adv. Mater.
基于乙酸己酯的低熔点（-80 ℃）、高沸点（182 ℃）及低挥发特性，研究人员将其作为增塑体系封装入PUF微胶囊中进行相应聚合物自增韧研究。SEM及TGA测试表明：PUF-MC直径为67 ± 22 μm，壁厚 15 ± 8 μm，乙酸己酯封装率达66 ± 1%。选用的聚合物基体为非晶态的外消旋聚乳酸（聚DL乳酸），玻璃化转变温度约55 ℃；SEM表征显示MC在PLA体系内具有良好的分散性。
PLA-MC体系的拉伸性能测试。图片来源于：Adv. Mater.
同时，拉伸试验和动态热机械分析测试（DMA）表明，纯PLA体系在拉伸率~ 2.4%处发生脆性断裂，而引入MC后其韧性得到显著提升，含有20% MC的PLA体系（PLA/20% MC）的断裂伸长率增加至61 ± 25%；韧性由纯PLA的175 kJ?m-3增加至3825 kJ?m-3，提升幅度超过一个数量级。
PLA-MC体系拉伸前后Tg测试。图片来源于：Adv. Mater.
DSC测试显示，所制备初始PLA及PLA/MC体系具有近似的玻璃化转变温度（52–55 °C），经过5%拉伸形变后PLA/MC体系Tg发生不同程度的降低。进一步的DMA测试表明，在5 %应力拉伸作用下基体内PUF胶囊完全破裂，进而释放乙酸己酯产生增塑作用是复合体系Tg降低，树脂增韧的主因。
PLA-MC体系DMA测试表征。图片来源于：Adv. Mater.
此外，在自由落镖冲击实验测试中，纯PLA膜由于其高脆性，材料表面产生明显破裂；而复合体系则展现出优异的抗冲击性。该实验结果表明在高应变速率作用下PLA-MC体系同样具有显著的自增韧作用，从而能够完全耐受较高外部能量冲击。
高速应变作用下PLA-MC体系的自增韧效果测试。图片来源于：Adv. Mater.
有别于外部增塑剂的渗透增塑策略，该论文通过在脆性PLA基体内预嵌入含增塑剂的微胶囊；基于低拉伸应变下胶囊破裂实现增塑剂释放，成功构筑了具有自增韧特性的PLA-MC复合树脂体系。该研究成果为脆性树脂的增韧改性提供了新的策略，同时，也为其他刺激响应性智能复合材料体系的构筑提供了参考。
