Polymer Reviews：可再生高分子對聚乳酸的增韌改性

聚乳酸作為最具發展潛力的生物基與生物降解高分子材料，具有優異的生物相容性、生物降解性、可加工性以及高的力學強度等優點，但其韌性極差，斷裂伸長率與衝擊強度低，嚴重製約了聚乳酸的產業化應用進程。因此，聚乳酸增韌改性成為生物基高分子材料領域的重要研究課題，受到國內外研究者的廣泛關注。

與其他石油基脆性聚合物相同，引入彈性體共混是增韌聚乳酸的常用方法。而早期研究，大都將石油基、難降解的彈性體作為聚乳酸的增韌相，這會降低材料的生物質含量與生物降解性，不符合環境友好高分子材料可持續發展的內涵要求。利用可再生高分子增韌聚乳酸則不會降低材料的生物質含量，受到了廣泛重視，並取得了重要進展。

西南大學曾建兵教授課題組最近在國際著名刊物Polymer Reviews上撰文綜述了可再生高分子增韌聚乳酸的研究進展，全面地介紹了生物基高分子增韌聚乳酸的製備技術、增容策略、增韌效率與增韌機理等，並對聚乳酸增韌改性的未來研究工作進行了展望。

首先詳細介紹了聚乳酸的優缺點，針對其缺乏韌性的問題，介紹了常見的增韌聚乳酸的方法，主要包括共聚、增塑與共混改性，並對這三種方法的優缺點進行了對比；緊接著簡要回顧了增韌機理，相態結構與界面性質等對增韌效率的影響等基本理論；正文部分系統介紹了生物基聚酯、生物基彈性體、微生物聚酯、天然橡膠及其衍生物與植物油基高分子等可再生高分子對聚乳酸的增韌改性；並展望未來研究不僅立足於可再生高分子對聚乳酸的增韌改性，還需將增韌改性與聚乳酸結晶速度慢、耐熱性差等問題相結合，進行聚乳酸高性能化改性，以拓展其應用。

圖1生物基彈性體增韌聚乳酸動態硫化反應機理

曾建兵教授長期從事聚乳酸的增韌改性研究，利用原位反應加工技術率先較交聯聚氨酯彈性體引入聚乳酸基體，通過對交聯聚氨酯的分子結構與聚乳酸/交聯聚氨酯界面性質與相態結構調控，實現了聚乳酸的超韌(Super-tough)改性（Polym. Chem., 2014, 5, 2530-2539；RSC Adv., 2014, 4,12857-12866）。鑒於上述交聯聚氨酯的難降解與不可再生性，該課題組利用動態硫化技術，將生物基且可生物降解的交聯聚酯彈性體引入聚乳酸基體中，成功製備了全生物基超韌聚乳酸材料（Biomacromolecules, 2014, 15, 4260-4271），揭示了動態硫化反應機理（圖1），以及動態硫化前後共混物相形態變化（圖2）。這部分研究工作是在四川大學王玉忠院士的悉心指導下完成的。

圖 2不同條件下製備的生物基彈性體增韌聚乳酸的相態結構

最近，該課題組利用動態硫化技術，將蓖麻油基聚氨酯引入聚乳酸基體中，製備了高韌性材料（圖3），僅僅引入5wt%該植物油聚氨酯，即可將聚乳酸的斷裂伸長率提升到300%以上（RSC Adv.,2016, 6, 79542-79553）；課題組此前還撰文綜述聚乳酸共混物的增容策略，發表在RSC Advances (2015,5,32546-32565)雜誌上。

圖3蓖麻油基聚氨酯對聚乳酸的增韌改性

參考文獻：Wang M, Wu Y, Li Y-D, et al. Progress in toughening poly(lactic acid) with renewable polymers [J]. Polymer Reviews, 2017.

來源：高分子科學前沿

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