宁波材料所在生物基聚乳酸聚氨酯弹性体研究中取得进展

　　聚乳酸（PLA）是近年来生物基、生物可降解领域研究比较热门的绿色高分子材料。在全球范围内，调研了其中 80 个生产可降解塑料或者共混物的单位，其中大约有20%的公司正在生产PLA相关的塑料材料。然而，高分子量的PLA仍存在一些局限性：1) PLA合成要求单体纯度高、工艺复杂、反应过程控制精度高，导致其成本高；2）PLA抗冲性差、柔性差、耐热性差；3）PLA品种单一，产品变化小，限制了其应用领域。许多研究人员将焦点投在PLA的改性方面，通过共混、共聚或表面修饰等物理和化学方法改善其性能。然而，对于低分子量PLA多元醇关注较少。PLA多元醇可以作为聚氨酯的生物基原料，通过灵活的聚氨酯化学反应，能够获得一系列高性能聚乳酸基聚氨酯材料，将为有效地开发聚乳酸开辟了一条新路。

　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所“先进涂料与粘合技术”团队现已成功开发了一系列聚乳酸多元醇，解决了其酸值高、残单多的技术问题，并实现了600 kg级的中试生产（图1），这成为全球第一个实现高品质聚乳酸多元醇的工业化制备。该研究团队开发的聚乳酸多元醇具有分子量可控、分子量分布窄、品种多、工艺流程简单、酸值和残单低等优点（中国专利：201510054929.7； 201510504652.3； 201510504687.7）。利用中试生产的聚乳酸多元醇通过溶液聚合制备了一系列热塑性和热固性聚乳酸聚氨酯，其力学性能可调，能实现从塑料到橡胶的调节，具有形状记忆性能和生物相容性（图2和3，中国专利：201510659107.1）。并系统地研究了聚乳酸多元醇分子量、扩链剂、异氰酸酯种类对性能的影响（RSC Advances, 2016, 6, 17888-17895; Chinese Journal of Polymer Science, 2016, 34(7), 901-909；生物工程学报, 2016, 32(6), 831-838）。制备的聚乳酸聚氨酯弹性体的拉伸强度可达23.5 MPa，断裂伸长率大于400%，该力学性能接近于石油基聚酯型聚氨酯(拜耳公司DesmopanR400系列)，且有望取代软聚氯乙烯（PVC）用于医疗器械中。

　　基于上述研究基础，该研究团队近期采用反应挤出方法实现了聚乳酸聚氨酯弹性体的一步绿色制备，避免了有机溶剂的使用，易于规模化生产。此外，可以通过条件控制调节弹性体的力学性能（图4），可应用在软3D打印材料、生物医疗器械等高端领域。该项技术正在申请国家发明专利。目前，该研究团队已经拥有从绿色原料聚乳酸多元醇到其聚氨酯的绿色工业化制备技术，该项研究成果将对聚乳酸产业化应用具有明显的推动作用。

　　该研究工作得到了宁波市重点项目（2014B10023）和深圳光华伟业股份有限公司横向项目的支持。

　　图1 聚乳酸多元醇实验室及中试产品

　　图2 聚乳酸聚氨酯的应力-应变曲线：左图为热塑性聚乳酸聚氨酯；右图为热固性聚乳酸聚氨酯

　　图3 聚乳酸聚氨酯形状记忆恢复过程

　　图4 双螺杆挤出机反应挤出的聚乳酸聚氨酯产品应力-应变曲线