聚乳酸(PLA)是近年來(lái)生物基、生物可降解領(lǐng)域研究比較熱門(mén)的綠色高分子材料。在全球范圍內(nèi)，調(diào)研了其中 80 個(gè)生產(chǎn)可降解塑料或者共混物的單位，其中大約有20%的公司正在生產(chǎn)PLA相關(guān)的塑料材料。然而，高分子量的PLA仍存在一些局限性：1) PLA合成要求單體純度高、工藝復(fù)雜、反應(yīng)過(guò)程控制精度高，導(dǎo)致其成本高;2)PLA抗沖性差、柔性差、耐熱性差;3)PLA品種單一，產(chǎn)品變化小，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。許多研究人員將焦點(diǎn)投在PLA的改性方面，通過(guò)共混、共聚或表面修飾等物理和化學(xué)方法改善其性能。然而，對(duì)于低分子量PLA多元醇關(guān)注較少。PLA多元醇可以作為聚氨酯的生物基原料，通過(guò)靈活的聚氨酯化學(xué)反應(yīng)，能夠獲得一系列高性能聚乳酸基聚氨酯材料，將為有效地開(kāi)發(fā)聚乳酸開(kāi)辟了一條新路。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所“先進(jìn)涂料與粘合技術(shù)”團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已成功開(kāi)發(fā)了一系列聚乳酸多元醇，解決了其酸值高、殘單多的技術(shù)問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了600 kg級(jí)的中試生產(chǎn)(圖1)，這成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)聚乳酸多元醇的工業(yè)化制備。該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的聚乳酸多元醇具有分子量可控、分子量分布窄、品種多、工藝流程簡(jiǎn)單、酸值和殘單低等優(yōu)點(diǎn)(中國(guó)專(zhuān)利：201510054929.7; 201510504652.3; 201510504687.7)。利用中試生產(chǎn)的聚乳酸多元醇通過(guò)溶液聚合制備了一系列熱塑性和熱固性聚乳酸聚氨酯，其力學(xué)性能可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)從塑料到橡膠的調(diào)節(jié)，具有形狀記憶性能和生物相容性(圖2和3，中國(guó)專(zhuān)利：201510659107.1)。并系統(tǒng)地研究了聚乳酸多元醇分子量、擴(kuò)鏈劑、異氰酸酯種類(lèi)對(duì)性能的影響(RSC Advances, 2016, 6, 17888-17895; Chinese Journal of Polymer Science, 2016, 34(7), 901-909;生物工程學(xué)報(bào), 2016, 32(6), 831-838)。制備的聚乳酸聚氨酯彈性體的拉伸強(qiáng)度可達(dá)23.5 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于400%，該力學(xué)性能接近于石油基聚酯型聚氨酯(拜耳公司DesmopanR400系列)，且有望取代軟聚氯乙烯(PVC)用于醫(yī)療器械中。
基于上述研究基礎(chǔ)，該研究團(tuán)隊(duì)近期采用反應(yīng)擠出方法實(shí)現(xiàn)了聚乳酸聚氨酯彈性體的一步綠色制備，避免了有機(jī)溶劑的使用，易于規(guī)模化生產(chǎn)。此外，可以通過(guò)條件控制調(diào)節(jié)彈性體的力學(xué)性能(圖4)，可應(yīng)用在軟3D打印材料、生物醫(yī)療器械等高端領(lǐng)域。該項(xiàng)技術(shù)正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。目前，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有從綠色原料聚乳酸多元醇到其聚氨酯的綠色工業(yè)化制備技術(shù)，該項(xiàng)研究成果將對(duì)聚乳酸產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有明顯的推動(dòng)作用。
該研究工作得到了寧波市重點(diǎn)項(xiàng)目(2014B10023)和深圳光華偉業(yè)股份有限公司橫向項(xiàng)目的支持。
