聚乳酸（PLA）是一种源自可再生资源的生物基、生物可降解绿色高分子材料，近年来备受关注。然而，高分子量PLA存在合成成本高、抗冲击性差、柔韧性不足、耐热性差以及产品种类单一等局限性。为克服这些缺点，研究人员通过共混、共聚或表面修饰等物理化学方法对PLA进行改性。其中，低分子量PLA多元醇作为聚氨酯的生物基原料，通过灵活的聚氨酯化学反应，可制备一系列高性能聚乳酸基聚氨酯材料，为PLA的高值化利用开辟了新途径。
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、残单多的技术难题，并实现了600公斤级的中试生产（图1），成为全球首个实现高品质聚乳酸多元醇工业化制备的团队。该聚乳酸多元醇具有分子量可控、分子量分布窄、品种多样、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，能够实现从塑料到橡胶的调节，并具有形状记忆性能和生物相容性（图2和3，中国专利：201510659107.1）。研究团队系统考察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拉伸强度可达23.5 MPa，断裂伸长率大于400%，力学性能接近石油基聚酯型聚氨酯（拜耳公司DesmopanR400系列），有望取代软聚氯乙烯（PVC）用于医疗器械领域。
基于上述研究，该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。通过条件控制可调节弹性体的力学性能（图4），可应用于软3D打印材料、生物医疗器械等高端领域。该技术正在申请国家发明专利。目前，该团队已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，对聚乳酸产业化应用具有重要推动作用。
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