可降解的聚乳酸PLA——成为TPU的新原料

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发布时间：2020-07-27 14:22
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可回收的热塑性树脂基复合材料

石油衍生的合成聚合物在我们的社会中扮演着重要的角色，几乎影响到现代生活的方方面面，然而，由于不适当的丢弃，它们也造成了严重的“白色污染”。因此，考虑到化石能源的枯竭和日益增长的环境问题，人们对利用可再生资源开发绿色复合材料的兴趣和需求与日俱增。从环境的角度来看，回收使用寿命结束的聚合物是通过节省资金、能源和自然资源来缓解眼下严峻的环境问题最具成本效益的策略之一。

在这一背景下，与传统的热固性树脂相比，热塑性树脂基复合材料显示出巨大的优势，因为它们可以通过简单的加热/冷却循环来延展或回收，而传统的热固性树脂缺乏固化后再加工或回收的能力。

(TPU)

(TPU)是一种沿主干交替的硬段和软段组成的嵌段共聚物，软段(SS)一般由聚氧四亚甲基乙二醇(PTMG)、聚己内酯(PCL)等低聚多元醇组成，硬段(HS)既含有异氰酸酯，又含有扩链剂。值得注意的是，热塑性聚氨酯是用途最广、研究最多的聚合物材料之一，在许多方面与大多数其他塑料类型不同。通过简单地改变多元醇、异氰酸酯或添加剂的数量和类型，可以将TPU制造成具有不同性能（如硬度和密度）的多种形式。

TPU在特种成型零件、光学透镜、密封件、气体分离膜、形状记忆材料等方面有广泛的应用。TPU既具有硫化橡胶的弹性，又具有热塑性塑料的加工性，既可以像橡胶一样柔软，也可以像硬质塑料一样坚硬，从而弥合了橡胶和塑料之间的鸿沟。此外，热塑性聚氨酯可以通过多种加工技术制造，它可以通过熔融混合技术、溶液涂层或真空成型来制造。

到目前为止，TPU的主要起始原料仍然来自不可再生的化石燃料。为了减少对石油基材料的依赖，开发热塑性和其品种的绿色可再生原料受到了极大的关注。植物油具有可生物降解性、可获得性广、价格低廉等优点，是化工行业最重要的可再生资源之一。因此，从植物油中提取的多元醇，如蓖麻油、桐油、菜籽油、橄榄油、棕榈油等被广泛用于制造可再生聚氨酯。植物油是甘油三酯，是甘油与三种脂肪酸酯化的产物。然而，植物油在很多情况下并不具备制造聚氨酯的合适羟基。植物油多元醇经过化学改性后，大多含有两个以上的羟基或游离长链脂肪酸，这限制了它们作为TPU弹性体的起始原料的应用。

热塑性聚乳酸基聚氨酯(PLA-based TPU)

近年来，聚乳酸(PLA)作为一种很有前途的可再生聚合物引起了高分子科学家的关注。与植物油相比，PLA拥有更广泛的来源，可以通过生物发酵从各种生物质中获得，这对绿色和循环经济至关重要。良好的生物降解性和生物相容性使其成为生物医学领域具有竞争力的候选材料。目前，人们对使用PLA衍生物设计生物基聚氨酯非常感兴趣。考虑到PLA主链中含有丰富的侧甲基，可以实现较强的内耗和高效的能量消耗，但致力于研究PLA基TPU弹性体作为潜在的绿色阻尼材料的努力仍然有限。

近日，据《Industrial Crops & Products》报道，北京化工大学研究人员通过两步溶液聚合的方法，使用PLA衍生的多元醇作为TPU的可持续起始原料，成功合成了一系列热塑性聚乳酸基聚氨酯(PLA-based TPU)。

研究人员还采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)、动态力学分析(DMA)和拉伸试验对聚乳酸基热塑性聚氨酯的性能进行了综合表征。结果表明，基于PLA衍生物的热塑性聚氨酯具有较好的力学性能。值得注意的是，TPU在室温附近表现出显著的阻尼性能，使其成为一种有前途的阻尼材料。经过多次后处理循环后，其力学性能保持良好，阻尼性能明显提高。

该团队通过使用可再生的聚乳酸衍生组分，实现了生物基热塑性聚氨酯性能的良好平衡，表明聚乳酸衍生多元醇可以作为一种潜在的可持续原料来替代石油多元醇用于制备热塑性聚氨酯，这对于增加热塑性聚氨酯的可再生含量以实现可持续发展可能是卓有成效的。