江大学化工学院副院长、教授潘鹏举将出席郑州生物基与降解材料大会，并发表题为《高性能聚乳酸的合成与成型加工》的主题演讲。
聚乳酸/聚乙二醇相变材料的结构与降温效果
徐建1王暄博23卢昕博1蒋健1郑映23潘鹏举2,3
1.浙江中烟工业有限责任公司技术中心
2.浙江大学化学工程与生物工程学院化学工程联合国家重点实验室
3.浙江大学衢州研究院
DOI:10.3969/j.issn.1005-5770.2024.08.018
来源：塑料工业第52卷第8期
聚乳酸（PLA）作为生物基可降解的脂肪族聚酯材料，在加热卷烟滤嘴等领域有应用，但因其相变潜热较低，降温效果不理想，影响抽吸体验。聚乙二醇（PEG）具有高相变焓、生物可降解性和生物相容性等优点，常被用于与PLA共混改性，以提升材料性能。
PEG分子量显著影响其熔融行为。随着PEG分子量增加，相变温度提高，而吸热焓变化不大。将PEG与PLA共混后，材料相变行为改变明显。共混使PLA/PEG材料在40-70℃的相变潜热增大，相变温度范围拓宽。并且，PLA/PEG材料的吸热焓随PEG分子量与含量增加而增大。例如，PEG质量分数为10%时，分子量从2000增加到8000，相变温度有所提高，吸热焓值显著增加；分子量进一步提高到20000，吸热焓值继续提升，相变温度变化不大。对于PLA/PEG20k材料，PEG含量从10%增加到30%，吸热焓值大幅提高，相变温度则相对稳定。这表明提高PEG分子量与含量有利于增强材料吸热能力，拓宽相变温度区间，为材料在不同温度环境下发挥作用提供可能。
PLA/PEG材料的力学性能受PEG含量影响显著，而PEG分子量影响较小。纯PLA是脆性材料，杨氏模量为845.2MPa，屈服强度为65.7MPa，断裂伸长率为9.1%。当PEG含量低于20%时，相同PEG含量下，不同分子量的PLA/PEG材料断裂伸长率几乎不变，仍属脆性材料。但PEG含量增加到20%时，共混材料屈服强度和杨氏模量降低；含量增加到25%和30%时，材料转变为韧性材料，断裂伸长率显著提高。如PLA/PEG 20k材料，PEG含量从20%增加到30%，屈服强度从56.8MPa降至13.3MPa，杨氏模量从777.6MPa降至389.2MPa，断裂伸长率从8.9%提高到315.8%。这是因为PEG的柔性链段提高了PLA分子链迁移性，增加了材料韧性。
在亲水性方面，纯PLA材料接触角为88.8°，亲水性差。引入PEG后，PLA/PEG材料亲水性明显改善。PEG分子量相同时，增加PEG含量可显著提高材料亲水性，如PLA/PEG20k材料，PEG含量从10%增加到30%，接触角从80.6°减小到28.2°。相同PEG含量下，低分子量PEG的PLA/PEG材料接触角稍低，亲水性略好，这是由于低分子量PEG端羟基含量相对较高。
将PLA/PEG相变材料3D打印成降温滤嘴应用于加热卷烟，能有效降低烟气出口温度。烟气出口温度受PEG含量影响显著，受分子量影响不明显。PEG含量为10%时，烟气出口温度略微降低；含量提高到20%，由于相变潜热增大，烟气出口温度明显降低。其中，PLA/PEG8k - 0.2和PLA/PEG20k - 0.2材料降温效果最佳，相比纯PLA材料，可使烟气出口温度降低约5℃。这主要得益于PEG的熔融吸热和PLA在玻璃化转变区域的热焓松弛。
PLA/PEG相变材料的研究表明，通过调节PEG分子量和含量，可优化材料的相变、力学、亲水性能，使其在加热卷烟滤嘴等领域发挥良好的降温作用。未来，该材料有望在更多需要温度调节和热管理的领域得到拓展应用，同时在材料性能优化和制备工艺改进方面仍有研究空间。
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