2-甲基咪唑催化ADR开环反应实现PLA/PBAT复合材料刚韧平衡的大规模制备

针对PLA/PBAT/ADR共混体系在短周期挤出-注塑加工中反应活性不足的难题，研究人员创新性地采用2-甲基咪唑(2-MI)催化剂，通过动态硫化工艺显著提升环氧基团活性，使注塑成型PLA/PBAT(70/30)的拉伸强度达52 MPa、缺口冲击强度达60.4 kJ/m2 ，同时将加工时间缩短至工业适用范围，为生物基PLA复合材料的高效工业化生产提供了解决方案。

　　

在全球塑料污染治理的背景下，聚乳酸(PLA)作为一种生物基可降解聚酯，因其优异的机械性能被视为传统塑料的理想替代品。然而PLA固有的脆性（断裂伸长率仅7%、冲击强度约3 kJ/m²
）严重制约其实际应用。通过与柔性聚合物PBAT共混虽可改善韧性，但往往导致拉伸强度和模量下降。更棘手的是，工业常用的环氧功能化低聚物(ADR)相容剂在短周期挤出-注塑加工中难以充分反应，这一"鱼与熊掌不可兼得"的困境长期阻碍着高性能PLA复合材料的产业化进程。

为攻克这一技术瓶颈，浙江某研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表创新成果。研究采用动态硫化工艺，通过扭矩流变仪、红外光谱等技术系统考察了2-甲基咪唑(2-MI)对PLA/PBAT/ADR体系反应动力学的影响。特别设计了预交联PBAT的制备工艺：先将ADR和2-MI在较低温度下通过双螺杆挤出机融入PBAT，再在高温下与PLA熔融共混。

【Materials】研究选用TH 801T型PBAT和REVODE 190型PLA作为基材，BASF公司Joncryl? ADR 4468作为反应性相容剂，2-MI作为催化剂。

【Formation of PLA/cross-linked PBAT catalyzed by 2-MI】扭矩流变分析显示，2-MI使PBAT/ADR体系的平衡扭矩从3.2 N·m提升至5.8 N·m，反应时间缩短60%。FTIR证实2-MI促进了环氧基与羧基的加成反应，凝胶含量从38%增至72%。SEM显示催化体系形成更均匀的亚包容结构，CaCO₃
颗粒在PBAT相中分散度提升40%。

【Conclusion】研究表明：2-MI通过催化环氧基开环显著加速ADR与聚酯的反应动力学，使注塑周期从实验室的10分钟缩短至工业适用的2-3分钟。所得PLA/PBAT(70/30)复合材料实现52 MPa拉伸强度和60.4 kJ/m²
冲击强度的优异平衡，其性能与未催化热压成型样品相当，但生产效率提升300%。该研究首次证实咪唑类催化剂在PLA/PBAT反应相容中的工业价值，为生物基材料的大规模生产提供了关键技术支撑。

这项工作的突破性在于：首次将环氧树脂催化化学引入聚酯反应相容体系，通过精准控制预交联工艺，解决了工业加工时限与反应动力学的矛盾。相比传统热压成型，催化体系使单位产能提升3倍，能耗降低45%，且制品表面质量更优。研究团队特别指出，该技术可直接嫁接至现有挤出-注塑生产线，无需设备改造，具备显著的商业化推广价值。未来通过优化催化剂复配方案，有望进一步拓展至其他生物基聚酯的改性领域。