聚乙醇酸（PGA）是一种结构最为简单的生物降解塑料，兼具优异的生物相容性、力学强度和阻隔性能，在生物医药、餐饮包装和油气开采等领域具有重要的研究和应用价值，近年来已在国内实现了规模化生产。然而韧性差且在湿热环境中降解速率过快等缺点却制约了PGA的应用范围，而添加抗水解剂（如碳化二亚胺）等传统改性方法会显著提高材料成本，而且存在食品接触迁移析出等潜在风险。
基于上述背景，江南大学马丕明教授课题组采用固相拉伸方法，制备了高强度抗水解PGA材料，研究了固相拉伸对PGA材料的强度、韧性和抗水解性能的影响规律，并建立了拉伸工艺、凝聚态结构及其性能间的构效关系。WAXS和SAXS的研究结果表明PGA晶体在固相拉伸过程中从各向同性的球晶逐渐转变为取向的纤维晶，最后在高倍拉伸下向更长更直的微纤维有序结构转变（图1）。分子链和晶体取向使PGA的拉伸强度从60 MPa提高至910 MPa，提高了约15倍，同时PGA的断裂伸长率从7%提高到20%以上（图2）。
图1 不同拉伸倍率下PGA的(a) WAXS图案和(b) SAXS图案
图2 不同拉伸倍率下PGA的(a) 应力-应变曲线和(b) 拉伸强度
通过温度调制差示扫描量热仪（TM-DSC）结果表明，在固相拉伸的作用下，PGA无定形区中刚性无定形区（RAF）比例由10%提高至35%（图3），刚性无定形区和取向晶体使PGA的凝聚态结构更加紧密有序，使外界水分子难以侵入至基体内部，从而有效提高了PGA的抗水解性（图4）。在40 °C，80%湿度环境加速老化实验中，固相拉伸后PGA的拉伸强度、羧基指数、特性粘数、熔点和结晶度的保持率均明显优于未拉伸PGA样品，表现出更好的湿热环境储存稳定性（图5）。
该工作在未添加改性助剂前提下，为全面提升PGA的物理与机械性能提供了一个新的方法及思路，有望拓展PGA的应用领域和制品货架期。
图3 不同拉伸倍率下PGA的(a) 可逆热流曲线和(b) 固相拉伸过程中结晶度、柔性无定形区和刚性无定形区的比例变化
图4 固相拉伸PGA的凝聚态结构演变与抗水解机理示意图
图5 PGA未拉伸（DR-0）及其固相拉伸样品（DR-5）在老化过程中的(a) 拉伸强度、(b) 拉伸强度保持率、(c) 羧基指数、(d) 特性粘数、(e)熔点和(f)结晶度变化（DR为拉伸倍率）
李佳璇硕士研究生是该论文第一作者，马丕明教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金（52073123、51873082）和江苏省杰出青年自然科学基金（BK20200027）的资助。
