高韧性生物基聚乳酸/聚氨酯共混物的制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.001

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 1-5.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.001

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高韧性生物基聚乳酸/聚氨酯共混物的制备及性能研究

刘霖, 寿韬, 廖飞扬, 郑梓康, 冯馨禾, 赵秀英()

北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029

收稿日期:2024-07-31 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 赵秀英（1971-），教授，研究方向为阻尼弹性体复合材料及其在隔震、水声领域的应用研究，zhaoxy@mail.buct.edu.cn
E-mail:zhaoxy@mail.buct.edu.cn

Study on preparation and properties of highly tough bio⁃based polylactic acid/polyurethane blends

LIU Lin, SHOU Tao, LIAO Feiyang, ZHENG Zikang, FENG Xinhe, ZHAO Xiuying()

Beijing University of Chemical Technology，College of Materials Science & Engineering，Beijing 100029，China

Received:2024-07-31 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22
Contact: ZHAO Xiuying E-mail:zhaoxy@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以生物基1，5⁃戊二异氰酸酯（PDI）和聚1，3⁃丙二醇（PO3G）为原料，使用异山梨醇（IS）或异山梨醇/3⁃烯丙氧基⁃1，2⁃丙二醇（IS/APD）作为扩链剂，分别合成了生物基热塑性聚氨酯BPU⁃IS和BPU⁃IS/APD，并通过动态硫化工艺将其用于聚乳酸（PLA）增韧。研究了扩链剂组成和结构对PLA/BPU共混物增韧效果的影响。PLA/BPU⁃IS/APD共混物表现出高力学性能和韧性，拉伸强度和断裂伸长率分别为47.22 MPa和133.8 %，冲击强度达到54.21 kJ/m²，且生物基含量为99.4 %。

关键词: 聚乳酸, 聚氨酯, 生物基材料, 动态硫化, 力学性能

Abstract:

Bio⁃based thermoplastic polyurethanes （BPUs） were synthesized using bio⁃derived 1，5⁃pentanediyl diisocyanate and poly（1，3⁃propanediol）， with either isosorbide （IS） or a combination of IS and 3⁃allyloxy⁃1，2⁃propanediol （APD） as chain extenders. These BPUs were employed to toughen polylactic acid （PLA） via dynamic vulcanization. The influence of chain extender composition and structure on the toughening performance of PLA/BPU blends was systematically investigated. The PLA/BPU⁃IS/APD blend demonstrated superior mechanical properties， achieving tensile strength of 47.22 MPa， elongation at break of 133.8 %， and impact strength of 54.21 kJ/m²， while maintaining a high bio⁃based content of 99.4 %.

Key words: polylactic acid, polyurethane, bio?based materials, dynamic vulcanization, mechanical strength

中图分类号:

TQ321

刘霖, 寿韬, 廖飞扬, 郑梓康, 冯馨禾, 赵秀英. 高韧性生物基聚乳酸/聚氨酯共混物的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 1-5.

LIU Lin, SHOU Tao, LIAO Feiyang, ZHENG Zikang, FENG Xinhe, ZHAO Xiuying. Study on preparation and properties of highly tough bio⁃based polylactic acid/polyurethane blends[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 1-5.

图/表 11

图1 BPU的合成示意图

Fig.1 Schematic diagram of BPU synthesis

样品编号	PO3G∶PDI∶IS∶APD	生物基含量/%	M_n/×10⁴ g/mol
BPU⁃IS	1∶1.63∶0.63∶0	100	6.7
BPU⁃IS/APD	1∶1.63∶0.315∶0.315	96.9	4.1

表1 样品配方表及数均分子量

Tab.1 Formula and number⁃molecular weight of the samples

图2 BPU的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of BPU

图3 PLA及PLA/BPU共混物的扭矩⁃时间曲线

Fig.3 Torque⁃time curves of PLA and PLA/BPU blends

图4 动态硫化过程反应机理

Fig.4 Reaction mechanism during dynamic vulcanization

图5 PLA及PLA/BPU共混物的DSC曲线

Fig.5 DSC curves of PLA and PLA/BPU blends

样品

$T g$ /

℃

$T c c$ /

℃

$Δ H c c$ /

J·g^-1

$T m$ /

℃

$Δ H m$ /

J·g^-1

$χ c$ /

样品

$T g$ /

℃

$T c c$ /

℃

$Δ H c c$ /

J·g^-1

$T m$ /

℃

$Δ H m$ /

J·g^-1

$χ c$ /

PLA

61.8

112.9

27.57

152.0

28.92

1.44

PLA/BPU⁃IS

61.2

125.1

17.79

153.2

19.25

1.95

PLA/BPU⁃IS/APD

61.6

126.8

14.15

153.7

15.80

2.20

表2 PLA及PLA/BPU共混物的DSC数据

Tab.2 DSC data of PLA and PLA/BPU blends

表2 PLA及PLA/BPU共混物的DSC数据

Tab.2 DSC data of PLA and PLA/BPU blends

图6 PLA及PLA/BPU共混物的储能模量⁃温度曲线和tan δ⁃温度曲线

Fig.6 Dynamic rheological properties of PLA and PLA/BPU blends

图7 PLA及PLA/BPU共混物的应力⁃应变曲线及拉伸和缺口冲击强度

Fig.7 Mechanical properties of neat PLA and PLA/BPU blends

断裂伸长率/

表3 PLA及PLA/BPU共混物的力学性能数据

Tab.3 Mechanical properties data of PLA and PLA/BPU blends

图8 冲击断面的SEM照片

Fig.8 SEM of impact fracture surfaces

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高韧性生物基聚乳酸/聚氨酯共混物的制备及性能研究

Study on preparation and properties of highly tough bio⁃based polylactic acid/polyurethane blends

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