1. 背景

聚乳酸（PLA）是一种可生物降解且可再生的聚合物，来源于乳酸，乳酸通常由发酵植物糖制成。近年来，由于其环保特性及替代传统石油基塑料的潜力，PLA受到了广泛关注。然而，PLA存在一些固有的局限性，如脆性、抗冲击性低和韧性差，这限制了其在许多领域的广泛应用。为克服这些缺点，研究人员一直在探索各种方法来增强PLA的韧性。其中一种有前景的方法是使用生物基聚氨酯（PU）作为增韧剂。生物基PU来源于可再生资源，不仅有望提高PLA的韧性，还符合可持续发展的理念。

2. 最新进展

2.1 用于PLA增韧的新型生物基聚氨酯

• ​ ​基于生物基多元醇的PU​ ​：研究人员开发了多种来源于可再生资源的新型生物基多元醇，如大豆油、蓖麻油和木质纤维素生物质，用于合成生物基PU以增韧PLA。例如，大豆油基多元醇可用于制备具有独特结构和性能的生物基PU。大豆油中的不饱和键可以被改性，引入不同的功能基团，从而增强PU与PLA之间的相容性和相互作用。蓖麻油富含羟基，也是合成生物基PU的常用原料。所得PU具有良好的柔韧性和韧性，有效提升了PLA的抗冲击性能。
• ​ ​基于生物基异氰酸酯的PU​ ​：尽管生物基异氰酸酯的研究仍处于早期阶段，但在利用生物基异氰酸酯合成用于PLA增韧的PU方面已取得一些进展。生物基异氰酸酯可来源于天然产物，如氨基酸和糖类。这些生物基异氰酸酯为传统石油基异氰酸酯提供了更可持续的替代方案，所得PU可能具有不同的反应性和性能，可针对性地实现对PLA更优的增韧效果。

2.2 改进的增韧机制

• ​ ​相容化与界面结合​ ​：利用生物基PU增韧PLA的关键因素之一是提升两相之间的相容性。研究人员开发了多种方法以增强PU与PLA之间的相容化和界面结合。例如，通过添加嵌段共聚物或反应性助剂等相容剂，可以强化PU与PLA之间的界面，促进应力传递，提升复合材料的韧性。相容剂有助于减少PU与PLA之间的相分离，形成更均匀且稳定的微观结构。
• ​ ​多重增韧机制​ ​：除了传统的引入柔性PU相以吸收能量的机制外，还探索了新的多重增韧机制。例如，PU与PLA之间形成共连续相结构，可提供更好的应力分布和能量耗散。一些研究者还发现，PU与PLA在分子水平上的相互作用，如氢键或范德华力，也有助于增韧效果。

2.3 应用导向研究

• ​ ​生物医药领域​ ​：在生物医药领域，PLA与生物基PU的结合具有巨大潜力。通过生物基PU增韧提升的PLA韧性，使其更适合用于组织工程支架、药物递送系统和医疗植入物等应用。例如，增韧的PLA-生物基PU复合材料可为细胞生长和组织再生提供更好的机械支持。同时，PLA和生物基PU的生物降解性和生物相容性确保了其在生物医药应用中的安全性。
• ​ ​包装行业​ ​：包装行业是增韧PLA-生物基PU复合材料的另一个应用领域。PLA韧性的提升使其在运输和搬运过程中更耐冲击和破裂，延长包装产品的保质期。复合材料的可生物降解性也满足了对环保包装材料日益增长的需求。

3. 挑战与未来展望

3.1 挑战

• ​ ​成本​ ​：与传统石油基PU相比，生物基PU的生产成本仍然较高，这限制了其在PLA增韧中的大规模应用。可再生原料、合成工艺和纯化步骤的成本均导致整体成本偏高。
• ​ ​性能平衡​ ​：在PLA-生物基PU复合材料中实现韧性与强度、刚性、透明度等其他性能的良好平衡仍然是一个挑战。有时韧性的提升可能会导致其他性能的下降，需要进行细致的优化。
• ​ ​大规模生产​ ​：将增韧PLA-生物基PU复合材料的生产从实验室规模扩大到工业规模也是一大挑战。需要解决工艺稳定性、质量控制和设备适应性等问题。

3.2 未来展望

• ​ ​技术创新​ ​：预计在生物基PU的合成、增韧机制及复合材料制备技术方面的持续研发将进一步提升PLA-生物基PU复合材料的性能。纳米技术和绿色化学等新技术可能为增强复合材料的韧性及其他性能提供更多机遇。
• ​ ​市场扩展​ ​：随着对可持续高性能材料需求的增加，增韧PLA-生物基PU复合材料的市场预计将扩大。汽车、建筑和电子等多个行业中新应用的发展将推动该市场的增长。
• ​ ​可持续发展​ ​：利用生物基PU增韧PLA符合可持续发展的理念。未来将更加努力开发更环保且具成本效益的生物基PU及复合材料，推动塑料行业向更可持续的方向转型。