聚乳酸（PLA）作为一种可持续发展的材料，具有替代部分传统石油基塑料的潜力，在包装、组织工程、纳米材料、药物运输领域具有巨大的应用前景。但是聚乳酸存在着脆性大、结晶速率慢、熔体强度低等缺点，从而限制了其应用范围。支化PLA具有多种拓扑结构，如星形、梳状、长链支化、超支化结构、H型和哑铃型，拓扑结构赋予了PLA特殊的性能，如支化PLA具有多末端基团，较高的熔体强度，良好的流变性能和优异的组织相容性为聚乳酸在吹膜、发泡、生物医药等领域的应用问题提供了新的解决思路。

 

近期，湖北工业大学赵西坡副教授在《International Journal of Biological Macromolecules》上发表题为“Recent progress of preparation of branched poly(lactic acid) and itsapplication in the modification of polylactic acid materials”(Int. J. Biol. Macromol., 2021, 193, 874-892)的综述文章，详细总结和分析了支化PLA的主要制备方法以及其在改性PLA材料中的应用，该综述为PLA的分子支化结构设计的高效化、可控化及应用提供了依据和参考。

 

 

图1. 支化聚乳酸结构设计、制备策略及其在改性聚乳酸体系中的应用

 

综述归纳了支化PLA的制备方法和策略，主要有单体开环聚合、官能团缩聚，以及加工过程中原位生成支化PLA的工艺策略：扩链反应、动态硫化、辐射诱导反应等。阐述了支化PLA的拓扑结构、支链参数等对材料结构和性能及其流变行为、结晶行为的影响。支化PLA可调控的拓扑结构和良好的组织相容性，其在生物医药和组织工程中具有巨大的应用潜力。

 

 

图2. 支化聚乳酸的制备方法及策略 (a)开环聚合；(b)官能团缩聚；(c)扩链反应；(d)动态硫化；(e)辐射诱导反应。

 

同质聚合物的支化PLA与PLA基体的化学结构和组成相似，同时保留相同的聚合物主链，确保了两组分之间具有良好的相容性，且拓扑结构多样，在改善PLA材料结构和性能方面具有天然的优势。综述介绍了支化PLA改性线性PLA结构和性能方面的研究进展，重点介绍了支化PLA与PLA的界面相容及其在改善PLA结晶行为、相形貌、熔体强度、机械性能以及组织工程等方面的应用。

 

 

图3. 支化聚乳酸在改性聚乳酸中的应用 (a)结晶性能；(b)相形貌和相容性；(c)熔体强度和发泡；(d)机械性能；(e)生物医药及组织工程。

 

分子支化结构的调控可以通过应用不同的聚合物合成方法和加工策略来实现，支化PLA的分子结构设计的高效化和可控化制备是未来研究的重点，如设计不同支化结构的支化体系；开发高效环保的功能引发体系和多功能单体/助剂；利用自由基可控活性聚合、熔融缩聚和反应性共混、动态硫化等加工技术，优化制备工艺参数等。由于PLA的生物相容性，PLA材料在生物医学和生物复合材料应用中具有可观的前景，通过对支化PLA结构的调控调节材料的降解速率、亲水性，渗透性等来设计具有特定性能的功能材料，例如药物短期释放剂。支化PLA具有的如较低的粘度，良好的热机械性能和加工性能等为PLA基生物复合材料提供了优势，例如人造骨骼，外科手术缝合线。

 

湖北工业大学赵西坡副教授为论文的第一作者兼通讯作者，彭少贤教授为共同通讯作者，论文通讯单位为湖北工业大学。该项工作得到国家自然科学基金、湖北省教育厅重点项目的支持。

 

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.10.154

 

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