寧波材料所在生物基聚乳酸聚氨酯彈性體研究中取得進展

聚乳酸(PLA)是近年來生物基、生物可降解領域研究比較熱門的綠色高分子材料。在全球范圍內，調研了其中 80 個生產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PLA相關的塑料材料。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、工藝復雜、反應過程控制精度高，導致其成本高;2)PLA抗沖性差、柔性差、耐熱性差;3)PLA品種單一，產品變化小，限制了其應用領域。許多研究人員將焦點投在PLA的改性方面，通過共混、共聚或表面修飾等物理和化學方法改善其性能。然而，對于低分子量PLA多元醇關注較少。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反應，能夠獲得一系列高性能聚乳酸基聚氨酯材料，將為有效地開發聚乳酸開辟了一條新路。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所“先進涂料與粘合技術”團隊現已成功開發了一系列聚乳酸多元醇，解決了其酸值高、殘單多的技術問題，并實現了600 kg級的中試生產(圖1)，這成為全球第一個實現高品質聚乳酸多元醇的工業化制備。該研究團隊開發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、酸值和殘單低等優點(中國專利：201510054929.7; 201510504652.3; 201510504687.7)。利用中試生產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，其力學性能可調，能實現從塑料到橡膠的調節，具有形狀記憶性能和生物相容性(圖2和3，中國專利：201510659107.1)。并系統地研究了聚乳酸多元醇分子量、擴鏈劑、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;生物工程學報, 2016, 32(6), 831-838)。制備的聚乳酸聚氨酯彈性體的拉伸強度可達23.5 MPa，斷裂伸長率大于400%，該力學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)用于醫療器械中。

基于上述研究基礎，該研究團隊近期采用反應擠出方法實現了聚乳酸聚氨酯彈性體的一步綠色制備，避免了有機溶劑的使用，易于規模化生產。此外，可以通過條件控制調節彈性體的力學性能(圖4)，可應用在軟3D打印材料、生物醫療器械等高端領域。該項技術正在申請國家發明專利。目前，該研究團隊已經擁有從綠色原料聚乳酸多元醇到其聚氨酯的綠色工業化制備技術，該項研究成果將對聚乳酸產業化應用具有明顯的推動作用。

該研究工作得到了寧波市重點項目(2014B10023)和深圳光華偉業股份有限公司橫向項目的支持。