寧波材料所在生物基聚乳酸聚氨酯彈性體研究中取得進(jìn)展

　　聚乳酸（PLA）是近年來生物基、生物可降解領(lǐng)域研究比較熱門的綠色高分子材料。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，將為有效地開發(fā)聚乳酸開辟了一條新路。

　　中國科學(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)問題，并實(shí)現(xiàn)了600 kg級的中試生產(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、工藝流程簡單、酸值和殘單低等優(yōu)點(diǎn)（中國專利：201510054929.7； 201510504652.3； 201510504687.7）。利用中試生產(chǎn)的聚乳酸多元醇通過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，中國專利：201510659107.1）。并系統(tǒng)地研究了聚乳酸多元醇分子量、擴(kuò)鏈劑、異氰酸酯種類對性能的影響（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)正在申請國家發(fā)明專利。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。

　　圖1 聚乳酸多元醇實(shí)驗(yàn)室及中試產(chǎn)品

　　圖2 聚乳酸聚氨酯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：左圖為熱塑性聚乳酸聚氨酯；右圖為熱固性聚乳酸聚氨酯

　　圖3 聚乳酸聚氨酯形狀記憶恢復(fù)過程

　　圖4 雙螺桿擠出機(jī)反應(yīng)擠出的聚乳酸聚氨酯產(chǎn)品應(yīng)力-應(yīng)變曲線