使用流變儀和多檢測器凝膠滲透色譜（GPC）對PLA和PLGA樣品進行分子層面和宏觀層面的表征探索可生物降解聚合物的分子特性與宏觀流變性能之間的關系

聚乳酸（PLA）是一種來源于自然資源（例如玉米淀粉）的可生物降解的聚合物，近年來受到了極大的關注。因其可用性高、生產成本低，來源于天然可持續(xù)資源，是一種真正的可再生聚合物，是市場上流行的生物可降解聚合物之一。乳酸與乙醇酸結合可以形成聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA），該共聚物可由不同比例的乳酸和乙醇酸組成。作為一種多用途聚合物，它可廣泛應用于添加劑制造（3D打印）、一次性餐具、可生物降解的縫合線、藥物輸送和可生物降解包裝材料等領域。

*，聚合物的整體性能主要取決于其分子性能。常見的是，聚合物的強度主要取決于其分子量。然而，對于諸如PLGA的共聚物，共聚物的組成也很可能會對其性能有重要影響。

測試條件：

測量了以下6種市售樣品：

- PLA

- PLGA（75:25）：75%LA和25%GA

- PLGA（65:35）：65%LA和35%GA

- 三種不同分子量的PLGA（50:50）

使用Kinexus Ultra+旋轉流變儀對樣品進行表征。使用Peltier平板模塊（平行板尺寸20mm）在150°C下進行測試。由于PLA可生物降解的性質，測試時進行氮氣吹掃以降低分析過程中氧化降解的風險。

測試結論：

共進行了兩個實驗。 第一個實驗中，利用旋轉流變儀和多檢測器GPC測量了三個PLGA（50:50）樣品。 “ PLGA（50:50）2”的代表性色譜圖如圖1所示。

各檢測器信號：RI（紅色），光散射（綠色和黑色），粘度計（藍色）

表1總結了這三個樣品的結果。樣品一式兩份測量。可以看出，三個樣品的分子量差異很大，從T11 KDa到69 KDa。然后使用Kinexus旋轉流變儀研究“零剪切”熔體粘度，通常認為該粘度與樣品的分子量相關。

從圖2中可以看出，粘度曲線隨三個樣品的分子量變化趨勢良好。樣品1具有低的分子量和低的粘度。樣品2和3具有較高的分子量和相應較高的粘度。這種粘度隨分子量變化的趨勢很典型，非常符合我們的期望。

樣品1：紅色，樣品2：綠色，樣品3：藍色

隨后對PLA和前面提到的三種不同組分的共聚物PLGA（65:35），PLGA（75:25）和PLGA（50:50）2進行了研究。分子量數(shù)據(jù)顯示在表2中?？梢钥闯?，樣品的分子量在11KDa和64KDa之間變化。

由于這些樣品的成分不同，因此可以在Mark-Houwink圖上比較它們的結構。Mark-Houwink圖顯示了特性粘度與分子量的關系。它可以在一定分子量范圍內對比聚合物結構，常用于研究聚合物的支鏈，但也可以表明不同組成的線性分子之間的差異，例如PLA和PLGA共聚物。圖3顯示了四個樣品的Mark-Houwink疊加圖。結果一式兩份顯示。

可以看出，Mark-Houwink圖上顯示了每種聚合物的曲線，代表溶液中分子的構象或密度。曲線顯示PLA是開放/伸展的樣品，隨著乙醇酸含量的增加，聚合物在溶液中越來越密集。特性粘度是一種衡量樣品對溶液粘度貢獻的方法，雖然與熔體粘度不*相關，但Mark-Houwink曲線顯示出明顯的趨勢，即特性粘度與乙醇酸的含量相關。這四個樣品的流變結果如圖4所示。

從數(shù)據(jù)中可以看出，熔體粘度測量結果有明顯的趨勢，但這與分子量無關。PLA樣品的分子量低，粘度低，而分子量高的樣品PLGA（75:25）粘度僅高于PLA。PLGA（50:50）樣品的粘度高，盡管其分子量僅次于高分子量。

在這種情況下，趨勢似乎更依賴于乙醇酸含量，乙醇酸含量高的樣品顯示出高的粘度，乙醇酸低（PLA）的樣品顯示出低的粘度。

顯然，熔體粘度將取決于這些參數(shù)的組合，但是，乙醇酸含量與粘度之間的良好相關性，說明乙醇酸含量似乎起了決定性作用。

值得注意的是，根據(jù)流變學數(shù)據(jù)，在Mark-Houwink圖中特性粘度低的樣品具有高的熔體粘度，這與預期相反，但可以進行解釋。由于PLGA（50:50）樣品中的分子更緊湊、密集地堆積在聚合物中，故聚合物鏈的自由體積太小無法進行重組，增加了流動的阻力，并提高了熔體粘度。

結論：

本應用案例提供的數(shù)據(jù)，展示了使用相互互補的聚合物表征技術，能夠很好地探究PLA和PLGA等聚合物的行為。盡管人們普遍認為聚合物的本體性質（例如熔體粘度）與分子性質（例如分子量）密切相關，但其他因素（例如共聚物組成）也可能是重要因素。

在這項研究中，使用旋轉流變儀研究熔體粘度，而使用Malvern多檢測器GPC表征了一系列PLA和PLGA樣品的分子特性。對于相同成分的PLGA樣品，可以看到明顯的分子量相關性，但是成分發(fā)生變化時，可以觀察到乙醇酸含量的強相關性。只有對關注的樣品進行全面表征，才能獲取這些有益的信息。通過進行此類測量，可以*了解分子特性如何影響整體性能。