利用基于绿色溶剂的方法，通过PLA的升级回收（upcycling）技术生产及应用功能性支链寡聚物

《Polymer》：On the production and application of functional branched oligomers by PLA upcycling using a green solvent-based approach

　　马蒂娜·科扎尼（Martina Cozzani）|亚历山德罗·福图纳托（Alessandro Fortunato）|贾科莫·达蒙特（Giacomo Damonte）|亚历山德罗·佩利斯（Alessandro Pellis）|多纳泰拉·迪丽莎（Donatella Di Lisa）|劳拉·帕斯托里诺（Laura Pastorino）|奥里埃塔·蒙蒂切利（Orietta Monticelli）
意大利热那亚大学化学与工业化学系，地址：Via Dodecaneso 31，16146，热那亚

**摘要**
本研究的主要目标是开发一种环保的方法，将聚乳酸（PLA）升级为功能化寡聚物，并提出一种创新策略，使其能够在反应环境中直接使用。为此，研究人员采用了一种基于可再生来源试剂的醇解反应，在绿色溶剂二氢左旋葡糖酮（Cyrene?，简称Cy）中进行实验。通过加入原始聚合物，获得了PLA与寡聚物的混合物，为直接制备多孔膜提供了合适的体系。具体而言，使用戊糖醇（PE）作为多元醇和硬脂酸锌作为催化剂进行了醇解过程，并通过监测反应混合物的粘度来优化该过程。对所得寡聚物的1H NMR分析证实了分子量的降低以及支链结构的形成，这归因于多元醇的多功能性及添加的PE量。这些结构特性显著影响了寡聚物的热行为，这一点通过DSC和TGA分析得到了验证。

利用该反应混合物作为浇铸液，通过非溶剂诱导相分离（NIPS）技术制备的多孔膜呈现出叶状结构，且该结构未受到混合物中寡聚物存在的影响（通过FE-SEM分析观察到）。

通过使用Humicola insolens Cutinase（HiC）作为酶和盐酸对罗丹明（PARA）作为阳离子有机染料，评估了这些寡聚物的酶促水解性和吸附能力。结果表明，与纯PLA膜相比，含有这些寡聚物的膜具有更好的染料吸附能力和更快的降解速率。这些现象归因于通过醇解过程获得的高功能性添加剂。最后，建立了一种通过蒸馏回收Cy的闭环工艺，实现了其再利用，从而提高了整个过程的可持续性。

**1. 引言**
聚合物材料的回收对经济具有重要意义[1,2]，其发展必须同时考虑所得化合物的适用性和环保方法的使用。这些要求同样适用于生物塑料，因为需要采用符合循环经济要求的条件来生产和处理这类材料[[3], [4], [5]]。

对于本研究主题PLA而言，回收可以通过物理和化学方法实现。机械回收通常具有简单性、成本效益和易于扩展的优点[6]，但由于机械应力和高温可能导致副降解过程[7]，因此需要使用抗氧化剂或链延长剂[8,9]。特别是，机械回收后通常会观察到分子量的下降[10]。正如Badia等人[11]所指出的，这会导致材料性能在仅两次再处理后显著恶化。?enkiewicz等人[12]证明，多次回收循环会导致PLA的机械性能下降以及熔体流动速率显著增加[12]。Brüster等人[13]也报告了类似现象，表明经过再处理后的PLA不再适合其预定用途的回收或再利用。另一方面，化学回收方法会导致聚合物链断裂并转化为具有高附加值的低分子量产物[14]，这些产物可用于直接聚合或其他应用[15,16]。然而，化学回收通常依赖于复杂的分离和纯化步骤，这使得整个过程的规模化变得困难。就PLA的应用而言，醇解方法被证明是一种特别有前景的技术，因为与其他回收技术相比，它对条件的要求相对较低[17]。Damonte等人[18]提出了一种改进的传统醇解方法，证明了在熔融条件下进行该过程的可能性，且无需对产物进行任何纯化步骤。所得到的支链化合物成功用于一种基于生物基多功能环氧树脂的配方中。

在本研究中，PLA的回收被扩展为一种基于醇解反应的化学过程，该过程使用能够溶解聚合物和多元醇的溶剂。尽管这种方法的效果似乎不如熔融共混过程，但由于它依赖于溶剂的使用，因此被开发出来以适应特定应用的需求，同时考虑了可持续性和可扩展性。所开发的方法包括一个闭环系统：i) 使用来自可再生来源的溶剂二氢左旋葡糖酮（Cyrene?，简称Cy）进行醇解反应；ii) 在加入原始PLA后，无需纯化或处理即可直接用于制备多孔膜；iii) 回收用于解聚反应的溶剂。值得注意的是，基于PLA的多孔膜具有广泛的应用前景，它们结合了聚合物基体的特性（如来自可再生来源、生物降解性和生物相容性）以及特定几何形状带来的优点（尤其是孔隙率和机械性能）。

近期的一些研究强调了这些材料的兴趣，包括不同的制备方法（如相分离、电纺、3D打印）及其在生物医学领域和分离领域的多种潜在应用[[19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]]。在这些应用中，薄膜的功能化是一个重要方面——这是聚合物基体所不具备的特性。对于PLA而言，通过各种化学或物理方法[28], [29], [30], [31], [32]对表面进行功能化，或者在涉及整个聚合物时添加无机和有机添加剂[33,34]来实现表面功能化。在后一种方法中，为了提高添加剂的分散性，必须考虑其与聚合物基体的相容性，这可以通过适当设计其化学结构来实现。在这方面，具有支链结构且功能性强、化学结构与PLA相同的添加剂最为合适。

基于此，并考虑到PLA醇解产物的升级可能性，开发了一种在溶剂中进行的过程，该过程不仅可以实现解聚反应（生成支链寡聚物），还适用于制备多孔膜混合物，即原始聚合物和添加剂均可溶解在该溶剂中。与其他功能化方法（如与其他聚合物或添加剂的共混）不同，我们的方法基于与基体相容的高功能性添加剂，并采用了一种不涉及昂贵或环境有害步骤的替代掺入策略，因此易于扩展。

具体而言，醇解反应使用市售的高分子量PLA在Cy中进行，以戊糖醇（PE）作为多元醇和硬脂酸锌作为催化剂（这两种化合物均来自可再生来源）。关于催化剂的选择，值得注意的是，除了在熔融条件下对酯类 transesterification 反应具有活性外[35]，该化合物还具有适合作为聚合物材料增塑剂[36]和化妆品[37]的属性，这归因于其生物相容性。在所开发的配方中，由于催化剂不会被去除，这一特性对于生产可用作药物载体的膜至关重要。通过改变反应混合物中PE的量获得的寡聚物通过1H NMR、DSC和TGA进行了详细表征。将原始PLA直接加入试剂混合物中（无需纯化步骤），并在溶解各组分后，使用去离子水作为非溶剂系统，通过简单的非溶剂诱导相分离（NIPS）技术制备了多孔膜（图1）。含有不同醇解产物系统的膜在热性能、形态、吸附性能、生物相容性和降解性能方面进行了分析。最后，评估了回收用于制备膜的Cy的可能性，该Cy含有水和低分子量化合物。

**2. 实验部分**
**2.1. 材料**
聚乳酸（PLA）Luminy LX175（Mn = 100000 g/mol，熔体流动指数（MFI）= 6.0 g/10 min）购自Corbion。二氢左旋葡糖酮（Cyrene?，简称Cy）（纯度≥98.0%）、戊糖醇（PE）（纯度≥99.0%）、盐酸对罗丹明（PR）（纯度≥85%）和KPO缓冲盐（KH2PO4和K2HPO4）购自Sigma-Aldrich，按收到状态使用。工业级硬脂酸锌（Zn stearate）购自Faci S.p.A（意大利）。Humicola insolens Cutinase（HiC，产品代码：06-3135，Novozym? 51032）购自STREM Chemicals。

**2.2. 通过醇解反应制备PLA寡聚物**
高分子量的消费后PLA进行了醇解反应，使用PE作为多元醇。每次反应使用2.0克预先在真空烘箱中干燥的PLA颗粒。PLA置于装有不锈钢搅拌器的两颈圆底烧瓶中，并在100°C和氩气保护下的惰性气氛中溶解于10毫升Cy中。随后加入不同浓度的多元醇，即相对于PLA、多元醇和催化剂混合物重量的2%、5%或10%。多元醇完全溶解后，加入催化剂硬脂酸锌，浓度为混合物重量的2%。醇解反应持续72小时，期间系统温度保持在100°C并持续搅拌。部分样品通过缓慢将溶液滴入去离子水中并剧烈搅拌进行1H NMR和热分析。然后通过Büchner漏斗过滤系统，并用去离子水洗涤两次以去除Cy和未反应的PE。最后，在室温下真空干燥三天。

根据戊糖醇的浓度对醇解产物进行命名，例如，使用10%戊糖醇获得的寡聚物称为PLA_PE10。

**2.3. 多孔膜的制备**
用于制备多孔膜的聚合物溶液是通过将高分子量PLA直接加入上述醇解反应系统中制备的，保持Cy中的浓度为20% w/v。PLA与醇解产物的比例为80/20% w/w，其中寡聚物的类型（PLA_PE2、PLA_PE5和PLA_PE10）作为唯一变量。多孔膜通过非溶剂诱导相分离（NIPS）技术制备。聚合物溶液浇铸在玻璃基底上，使用刮刀形成厚度为0.7毫米的膜，然后空气冷却约30秒。随后将玻璃板浸入25°C的去离子水凝固浴中24小时。之后，膜在去离子水中洗涤三次，每次24小时。最后，在室温下干燥72小时，然后在30°C的真空烘箱中放置一周。

为了便于识别膜，根据加入PLA基体的醇解产物对其进行命名，例如m_PLA_PE5表示含有20% PLA_PE5的膜。2.4.1 1H核磁共振（1H NMR）分析
对醇解产物以及Cy的蒸馏残渣进行了1H核磁共振（1H NMR）分析。测量使用的是Bruker Avance 500 MHz光谱仪（Bruker，德国卡尔斯鲁厄），在25°C下进行，样品为浓度为30 mg/mL的溶液，溶剂为CDCl3，并添加了0.03%的四甲基硅烷（TMS）作为内标。通过应用公式（1）计算了通过醇解反应获得的低聚物的平均分子量。
(1) Mn = DP·MLA2 = (A(a)A(a′) + 1)·MLA2
其中DP表示聚合度，A(a)对应于5.16 ppm处信号的面积，A(a′)对应于4.35 ppm处信号的面积，MLA是乳酸的分子量，其值为144.13 g/mol。

2.4.2 热分析
通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）研究了PLA低聚物和多孔膜的热性质。DSC分析使用的是Mettler Toledo DSC1 STARe System?差示扫描量热仪，在-10至200°C范围内进行，加热/冷却速率为±10°C/min，氮气流速为20 mL/min。TGA测量在30至800°C范围内进行，加热速率为+20°C/min，氮气流速为80 mL/min，使用的仪器也是Mettler Toledo TGA1 STARe System?。

2.4.3 粘度测量
对醇解反应体系的粘度进行了随时间的变化测量，分别在反应后24小时、48小时和72小时进行了测量。此外，还对用于制备多孔膜的聚合物溶液进行了粘度分析。这些测试使用的是Lamy RM200 CP4000 plus?锥板流变仪，配备60 mm的旋转轴（CP60-20），操作温度为100°C。剪切速率范围为10至100 s?1，测量了10个粘度值的平均值。

2.4.4 多孔膜的孔隙率测量
多孔膜的孔隙率通过应用公式（2）来确定，该公式考虑了膜的密度（ρf）和聚合物的密度（ρp）。
(2) 孔隙率[%] = (1?ρf/ρp)·100
其中ρf和ρp的计算方法如公式（3）和公式（4）所示：
(3) ρf = mf/Vf
(4) ρp = mp/Vp = (mp1 + mp2)·Vp/(Vp1 + Vp2) = (mp1 + mp2)·ρp1/ρp2 = 1/(Xp1·ρp1 + Xp2·ρp2)
其中mf是膜的质量，Vf是膜的体积，mp和Vp分别表示聚合物的质量和体积。聚合物的体积是通过考虑每种配方中高分子量PLA和PLA低聚物的重量分数（分别为Xp1和Xp2）及其密度（分别为ρp1和ρp2）来计算的，假设PLA和醇解产物的密度相同，即1.26 g/cm3。

2.4.5 多孔膜的形态分析
使用配备背散射电子探测器的Zeiss Supra 40 VP场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对多孔膜的形态进行了分析。在成像之前，样品先通过浸入液氮中进行低温断裂处理，然后使用Polaron E5100涂覆一层薄石墨层。

2.5 酶促水解实验
在矩形样品（大约0.5 × 1.0 cm2）上进行了酶促水解实验，样品经过精确称重后浸入1.0 mL浓度为5.0 μM的Humicola insolens角质酶（HiC，Novozym? 51032）溶液中，溶液溶解在0.1 M KPO缓冲液（pH = 8.0）中。实验在生理温度（即37°C）下进行，每个聚合物膜都进行了分析以确保结果的可靠性。降解过程结束后，样品用MilliQ水清洗并在室温下的真空烘箱中干燥至恒重。收集了每个样品在0.5小时、1小时、2小时、4小时、6小时、24小时、48小时、72小时和168小时后的质量损失数据。

2.6 保留和释放测试
对纯PLA膜（m_PLA）以及含有10 wt%戊五醇的醇解产物膜（m_PLA_PE10）进行了保留和释放测试。从每种膜上切下大约0.5 × 1.0 cm2的样品，并在真空下干燥至恒重。样品浸入浓度为2.0 μg/mL的盐酸副罗丹明（PARA）水溶液中。选择盐酸副罗丹明作为模型有机染料，以模拟药物化合物或污染物的行为。测试在37°C（即生理温度）下进行。24小时后，通过Shimadzu? UV 1800 UV-Vis光谱仪对上清液进行了分析。使用不同浓度的标准溶液构建了校准曲线，通过测量其在539 nm处的吸光度来确定。应用公式（5）来计算配方中保留的染料量。
(5) 吸光度[a.u.] = 0.21758·浓度[μg/mL] + 0.02848R2 = 0.99769
为了研究膜随时间控制释放染料的能力，按照上述方法使用浓度为20.0 μg/mL的水溶液进行了盐酸副罗丹明的加载实验。选择这种较高浓度是为了确保UV-Vis测定的灵敏度。在37°C下的5.0 mL MilliQ水中评估了释放能力，并通过监测上清液的UV-Vis分析来观察一周内释放的染料量。

2.7 吸水率测量
通过将单个膜盘（n = 3）浸入室温下的Milli-Q水中来评估膜的吸水率（WU），膜在真空下准确干燥后进行测量。在预定的时间间隔内取出样品，轻轻拍干表面水分后称重。使用公式（6）计算在某一时间点保留的水量。
(6) WU[%] = (wt ? w0)·100
其中wt和w0分别表示时间t后样品的重量和干燥膜的初始重量。

2.8 细胞活力评估
人类神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞在T75培养瓶中培养，置于37°C的加湿培养箱中，培养基为基于DMEM/F-12（Gibco，Thermo Fisher，目录号11320074）的神经母细胞瘤培养基，添加了10%胎牛血清（FBS；Gibco，Thermo Fisher，目录号10270106）、1%青霉素-链霉素（Gibco，Thermo Fisher，目录号15140122）和1% GlutaMAX（Gibco，Thermo Fisher，目录号35050038）。在生长过程中每周更换两次培养基。当细胞密度达到80%时，用无菌磷酸盐缓冲盐水（PBS）洗涤细胞，然后进行胰蛋白酶处理，并以1200 rpm离心5分钟。为了评估细胞活力，将细胞以每孔3 × 10?个细胞的密度接种到6孔板中。24小时后，将细胞暴露于不同的样品中24小时、48小时和7天。
在暴露于细胞样品之前，所有PLA样品都先浸入70%乙醇中30分钟进行灭菌。然后分别用ddH2O洗涤三次，每次10分钟，随后浸入培养基中24小时。完成这些准备步骤后，样品即可用于实验。未暴露于样品的细胞培养物作为对照组。
为了评估细胞活力，进行了MTT测定。细胞用Dulbecco磷酸盐缓冲盐水（DPBS，Gibco）洗涤，并在37°C下与5 mg/mL的噻唑蓝四唑溴化物（Sigma，目录号M2128）溶液一起孵育4小时。孵育后，移除MTT溶液，并向每个孔中加入异丙醇（RS Pro）以溶解甲酚蓝晶体。为了完全溶解，进行了额外的1小时孵育步骤。使用Cary 60 UV-Vis光谱仪（Agilent Technologies）在570 nm处测量吸光度。

2.9 溶剂的回收
为了研究Cy的回收潜力，将大约70 mL来自膜制备过程中凝固浴的水溶液转移到一个圆底烧瓶中。连接了一个短路径蒸馏装置，该装置包括Vigreux柱、Y型连接器、温度计、Liebig冷凝器和收集烧瓶。首先在常压下蒸馏混合物，收集沸点低于100°C的部分，这部分主要由水组成，从而留下富含粗Cyrene的高沸点部分。完全去除水后，通过真空蒸馏回收锅炉中的剩余部分，将压力降至10 mbar，并收集在大约110°C下蒸馏出的液体。回收的Cy部分进行了1H NMR分析，并与新鲜Cy进行比较以确认其组成。

3. 结果与讨论
3.1 醇解反应的研究
在用于制备多孔膜的相同溶剂系统中进行了PLA的醇解反应研究，通过粘度测量评估了反应的进展，并应用优化条件研究了多元醇含量对最终产物性质的影响。如前所述，选择了来自可再生资源的溶剂Cy，以及环保的试剂，即作为多元醇的PE和作为催化剂的Zn硬脂酸盐，这两种物质都溶于Cy（作为起始的PLA）。使用了三种不同浓度的多元醇，催化剂含量相同，分别为2 wt%、5 wt%和10 wt%。

3.1.1 反应混合物粘度的研究
由于这需要使用不同的反应物（例如简化的模型底物，如线性一元醇和甲酯）[38]，因此没有详细研究醇解反应的动力学。此外，特别是在较高浓度下，聚合物溶液的粘度可能会显著影响反应动力学[18]。实际上，随时间监测粘度可以间接指示反应的进展。
在100°C下（即选择允许聚合物完全溶解的温度，并且在此温度下进行醇解反应）分析了反应混合物的粘度（分别在24小时、48小时和72小时后）。由于多元醇在反应过程中会溶解，因此无法确定反应开始时的粘度。大约24小时后获得了粘度值，所以这个时间可以作为一个初始值。尽管如此，将表1中列出的三种配方的粘度值与混合物中使用的PLA溶液的粘度（即20% w/v）进行比较还是有趣的。发现测得的粘度为234 ± 4 mPa?s，并且随时间保持恒定，明显高于PLA/多元醇/催化剂系统的粘度。这种现象可能与多元醇的存在有关，多元醇是一种低分子量化合物，但也可能与醇解反应有关，醇解反应会导致大分子链的断裂，从而降低系统的粘度。
表1. 反应混合物（PLA_PE2、PLA_PE5和PLA_PE10）在100°C下的粘度随时间的变化
样品代码 η(24h) [mPa?s] η(48h) [mPa?s] η(72h) [mPa?s]
PLA_PE2 93 ± 25 4 ± 0.5 49 ± 2
PLA_PE5 52 ± 0.4 29 ± 1 26 ± 1
PLA_PE10 28 ± 0.3 27 ± 2 25 ± 2
确实，对于三种配方，在24小时后粘度对多元醇含量的依赖性是明显的，粘度值几乎呈线性下降，分别为PLA_PE2的93 mPa?s、PLA_PE5的52 mPa?s和PLA_PE10的28 mPa?s。随着反应时间的延长，只有含有2 wt%和5 wt%多元醇的系统观察到粘度显著下降，分别为从93 mPa?s降至54 mPa?s和从52 mPa?s降至29 mPa?s。这种下降归因于醇解反应，该反应通过酯交换反应导致大分子量的减少，而混合物的组成保持不变。含有最高PE含量的混合物的行为值得进一步分析。与含有2 wt%和5 wt% PE的配方相比，PLA_PE10的粘度在三个分析时间段内保持稳定。相反，PLA_PE2和PLA_PE5的粘度仅在48小时后达到几乎恒定的值，其中含有2 wt% PE的配方粘度约为50 mPa?s。这些结果可以归因于几个因素。除了PE在反应体系中的溶解度限制外，还必须考虑由于醇解反应形成的支链化合物的反应性可能受到空间位阻因素的限制，这会阻碍后续的酯交换过程[39]。尽管获得的结果只是初步的，但它们不仅证明了用于醇解反应的条件是有效的，还表明至少需要48小时的反应时间才能形成分子量恒定的化合物。

3.1.2 醇解产物的表征
为了更好地识别通过醇解过程获得的产物的化学结构，使用优化条件（即反应时间为72小时）制备的样品，并在去离子水中沉淀后，通过1H NMR进行了表征。从三种不同聚醇浓度（即PLA_PE2、PLA_PE5和PLA_PE10）制备的配方所得到的NMR光谱与线性高分子量起始PLA的光谱进行了比较（见图2c）。下载：下载高分辨率图像（429KB）下载：下载全尺寸图像。图2：(a) PLA的结构；(b) 通过线性高分子量PLA和PE的醇解反应获得的支化化合物的结构；(c) 纯PLA以及PLA_PE2、PLA_PE5和PLA_PE10的1H NMR光谱。如图2c所示，并且已有广泛报道，纯PLA的光谱显示出两个特征信号，分别标记为a和b，这些信号与PLA重复单元[[40]、[41]、[42]]中的质子相关。信号a（多重峰，CH）位于5.17 ppm处，被归因于亚甲基质子；而信号b（多重峰，CH3）位于1.57 ppm处，被归因于甲基。另一个位于4.35 ppm处的信号（标记为a'）对应于末端亚甲基的质子，但由于高分子量PLA的末端基团浓度较低，该信号几乎无法检测到。醇解产物PLA_PE2、PLA_PE5和PLA_PE10的光谱显示了与PLA重复单元相关的典型信号，分别位于5.17 ppm（a，多重峰，CH）和1.57 ppm（b，多重峰，CH3）。此外，还检测到位于4.35 ppm（a'，四重峰，PLA-CH-OH）和1.49 ppm（b'，多重峰，CH3）的信号，这些信号分别与末端亚甲基和末端甲基质子相关。这些信号的存在表明与原始PLA相比，上述化合物的分子量有所降低。此外，还检测到位于4.19 ppm（c'，多重峰，PE-CH2-O-PLA）和3.61 ppm（c，单峰，PE-CH2–OH）的峰，这些峰分别对应于与PLA官能化的PE臂的亚甲基质子和带有自由OH基团的PE的亚甲基质子。由于所有醇解产物都用去离子水进行了纯化以去除未反应的PE，因此所有样品中出现的c峰可以完全归因于与PLA部分反应但仍带有自由OH基团的PE。这一发现表明，反应混合物中剩余的PE仅部分参与了与PLA的酯交换反应，导致其部分OH基团未被转化。如图2b所示，这些结果证明了形成了具有PLA链官能化臂和其他具有自由羟基臂的支化结构。尽管戊二醇的末端基团由于其化学等价性最初表现出相同的反应性，但随着醇解反应的进行，由于与PLA酯键的酯交换反应，这些末端基团的反应性逐渐降低。这一现象已在多项研究中得到证实，这些研究发现随着核心周围的空间位阻增加，各种聚醇（包括本研究中使用的聚醇）的OH末端基团的反应速率和反应性都会降低[39, [43], [44], [45]]。通过使用方程（1）从NMR光谱中的特定信号确定了醇解产物的分子量；所得结果总结在表2中。表2：醇解产物的聚合度和分子量值。样品代码A(a)a [a.u.]DPMn [g/mol]PLA_PE273745300PLA_PE531322300PLA_PE1027282000a假设A(a') = 1。如先前报道，线性起始PLA的分子量约为90000 g/mol [18]。三种醇解产物的Mn值远低于起始聚合物，分别为PLA_PE2的5300 g/mol、PLA_PE5的2300 g/mol和PLA_PE10的2000 g/mol。上述发现与粘度测量结果一致，再次证明了酯交换反应在降低聚合物分子量方面的有效性。此外，对三种制备系统的比较显示，含有2 wt% PE的样品的Mn大约是PLA_PE5和PLA_PE10样品的两倍，后两者的Mn约为2000 g/mol。如粘度测量结果中已经提到的，可以假设PE的反应性存在某种极限。在这方面，值得强调的是，未经催化剂处理且仅加入5 wt% PE的样品在相同时间处理后的光谱几乎与纯PLA的光谱相同（见图S1）。具体来说，与PLA重复单元相关的a和b峰清晰可见，而与末端亚甲基质子相关的a'峰较弱且难以检测，这表明末端基团的数量较少，这与之前对PLA的观察结果一致。此外，与PLA官能化的PE臂的质子相关的c'峰无法检测到，而与带有OH末端基团的PE臂的质子相关的c峰非常弱。由于所有样品在1H NMR测量前都用去离子水洗涤以去除未反应的PE，因此c和c'峰的较低强度表明几乎所有添加的聚醇都没有与PLA反应，因此在洗涤步骤中被去除。这些结果表明，反应混合物中剩余的PE仅部分参与了与PLA的酯交换反应，导致其部分OH基团未被转化。如图2b所示，这些结果证明了形成了具有PLA链官能化臂和其他具有自由羟基臂的支化结构。尽管戊二醇的末端基团最初由于化学等价性而表现出相同的反应性，但随着醇解反应的进行，由于与PLA酯键的酯交换反应，这些末端基团的空间位阻逐渐增加，因此它们的反应性随时间降低。这一现象已在多项研究中得到证实，这些研究发现随着核心周围的空间位阻增加，各种聚醇（包括本研究中使用的聚醇）的OH末端基团的反应速率和反应性都会降低[39, [43], [44], [45]]。通过使用方程（1）从NMR光谱中的特定信号确定了醇解反应产物的分子量；所得结果总结在表2中。表2：醇解产物的聚合度和分子量值。样品代码A(a)a [a.u.]DPMn [g/mol]PLA_PE273745300PLA_PE531322300PLA_PE1027282000a考虑到A(a') = 1。如先前报道，线性起始PLA的分子量约为90000 g/mol [18]。三种醇解产物的Mn值远低于起始聚合物，分别为PLA_PE2的5300 g/mol、PLA_PE5的2300 g/mol和PLA_PE10的2000 g/mol。上述发现与粘度测量结果一致，再次证明了酯交换反应在降低聚合物分子量方面的有效性。此外，对三种制备系统的比较显示，含有2 wt% PE的样品的Mn大约是PLA_PE5和PLA_PE10样品的两倍，后两者的Mn均为约2000 g/mol。如粘度测量结果中已经提到的，可以假设PE的反应性存在某种极限。在这方面，值得强调的是，未经催化剂处理且仅加入5 wt% PE的样品在相同时间处理后的光谱几乎与纯PLA的光谱相同（见图S1）。具体来说，与PLA重复单元相关的a和b峰清晰可见，而与末端亚甲基质子相关的a'峰较弱且难以检测，这表明末端基团的数量较少，这与之前对PLA的观察结果一致。此外，与PLA官能化的PE臂的质子相关的c'峰无法检测到，而与带有OH末端基团的PE臂的质子相关的c峰非常弱。由于该样品与其他测试样品一样经过沉淀处理，并在1H NMR测量前用去离子水洗涤以去除未反应的PE，因此c和c'的较低强度表明几乎所有添加的聚醇都没有与PLA反应，因此在洗涤步骤中被去除。这些结果表明，在没有催化剂的情况下，PE与PLA之间的反应程度可以忽略不计，这突显了催化剂在促进PE的羟基与PLA酯键之间的酯交换反应中的关键作用。在这方面，值得强调的是，尽管在PLA醇解过程中使用了基于Zn的催化剂（如Zn醋酸盐）[46,47]，但在这项工作中首次使用了Zn硬脂酸盐和一种新的溶剂系统Cy。尽管由于将动力学模型应用于经历部分酯交换的大分子聚合物系统的固有复杂性，没有进行详细的动力学研究，但所得结果清楚地表明Cy/Zn硬脂酸盐系统可以有效促进醇解反应，这从PLA分子量的显著降低和官能化支化寡聚物的形成中得到了证明。此外，这些发现表明使用Cy作为溶剂不会对Zn硬脂酸盐的催化活性产生负面影响，表明其在开发替代可持续催化系统方面的潜在适用性。使用差示扫描量热仪（DSC）和热重分析（TGA）分析了醇解产物的热性质。纯PLA和通过醇解反应获得的寡聚物的热图显示在图3中，而表3包含了外推数据的详细总结。下载：下载高分辨率图像（271KB）下载：下载全尺寸图像。图3：PLA（黑色）、PLA_PE2（紫红色）、PLA_PE5（红色）和PLA_PE10（橙色）的第二加热阶段的DSC热图（左）和TGA曲线（右）。（关于此图例中颜色的解释，请参阅本文的网页版本。）表3：纯PLA和醇解产物的热性质。样品Tg [°C]Tcc [°C]ΔHcc [J/g]Tm [°C]ΔHm [J/g]Tonset [°C]Tmax [°C]PLA60133?0.541550.70351404PLA_PE246118?6.3135/1447.0267355PLA_PE542122?0.411370.60273353PLA_PE1043120?1.21351.5285346Tg = 玻璃化转变温度；Tcc = 冷结晶温度；ΔHcc = 冷结晶焓；Tm = 熔化温度；ΔHm = 熔化焓；焓值是在假设完全结晶的PLA的熔化焓为93 J/g的基础上计算的。Tonset = 记录到2%重量损失的温度；Tmax = 降解过程最大速率发生的温度，从DTG曲线获得。本研究中使用的PLA表现出典型的非晶聚合物行为，表现为冷结晶对应的放热峰，随后是熔化对应的吸热峰，其焓值相等。醇解产物也表现出与其非晶性质相关的热行为，冷结晶（ΔHcc）和熔化（ΔHm）的焓值相当。然而，这些转变的温度与纯PLA确定的温度不同。实际上，醇解产物的冷结晶（Tcc）和熔化温度（Tm）都低于纯PLA，这可以归因于它们分子量的降低。同样值得注意的是，PLA_PE2的ΔHm和ΔHcc远高于纯PLA，前者约为7 J/mol，而后者小于1 J/mol，并且高于基于5%和10% PE的系统。这一结果可能与醇解反应后形成的寡聚物的特殊结构有关。如其他工作所描述的，可以推断出较低的PE含量有利于形成更线性的结构，而较高PE浓度的化合物则倾向于形成更多的支化结构[48,49]。关于玻璃化转变温度（Tg），纯PLA的DSC迹线显示Tg约为60°C，这与文献中报告的值一致[50,51]。经过醇解反应的样品的Tg比纯PLA低约20°C。再次，寡聚物与原始聚合物不同的热行为可以归因于它们的较低分子量和由醇解过程产生的特殊支化结构，这促进了链的移动性和自由体积。对于纯PLA，TGA分析显示降解起始温度（Tonset）约为350°C，最大降解速率（Tmax）约为400°C。对于醇解产物，已经证明的分子量降低导致上述两个温度都降低了，三个样品之间没有显著差异。值得强调的是，尽管与纯聚合物相比它们的热稳定性较低，但寡聚物的降解温度仍然可以接受，这使它们适用于高温过程。3.2. 多孔膜的表征3.2.1. 用于制备膜的溶液的粘度及其孔隙率的调查在最佳条件下制备的添加剂通过将原始PLA直接加入含有支化寡聚物的反应混合物中来开发多孔膜。使用了三种不同量的PE，其比例为80/20 w/w（相对于高分子量PLA），最终保持溶解聚合物在Cy中的浓度为20% w/v。在100°C（即用于膜生产的温度）下进行了粘度测量，剪切速率为10至100 s?1；结果见表4。表4：聚合物溶液的粘度和制备膜的孔隙率。起始溶液的粘度 [mPa?s]孔隙率 [%]m_PLA234 ± 489 ± 0.4m_PLA_PE2192 ± 287 ± 0.7m_PLA_PE5120 ± 190 ± 0.6m_PLA_PE10122 ± 189 ± 0.5关于基于纯PLA的膜，与文献的直接比较具有挑战性，因为据我们所知，之前没有研究过在100°C下PLA溶液的粘度行为。结果显示m_PLA_PE2的粘度略有下降，而m_PLA_PE5和m_PLA_PE10的粘度下降更为显著，两者的粘度均约为120 mPa?s。这些样品中的粘度降低可归因于寡聚物的加入，由于寡聚物的分子量低于基质，因此倾向于降低混合物的粘度，正如其他系统所报告的[49,52,53]。然而，由于它们的浓度较低（即20 wt%），粘度的降低幅度有限。此外，值得注意的是，观察到的趋势与寡聚物的粘度分析结果相似，m_PLA_PE5和m_PLA_PE10样品的粘度相当。使用方程（2）计算并从表4中报告的基于PLA的溶液制备的膜的孔隙率显示出几乎恒定的值。为了解释这一结果，重要的是要考虑在所应用的技术中，控制孔隙率以及孔隙形态的主要因素是溶剂和非溶剂之间的交换动力学[54,55]，而这又可能受到温度和粘度等多种变量的影响。考虑到后者参数，只有当使用粘度差异极大的溶液时，才预期孔隙率会有显著变化[56]，从而解释了粘度对制备膜结构的有限影响。3.2.2. 膜形态的研究为了评估支化寡聚体对最终形态的影响，对基于纯PLA的膜和含有添加剂的膜进行了FE-SEM分析。图4展示了样品横截面的显微照片，这些照片提供了对分析样品结构特征的洞察。下载：下载高分辨率图像（1MB）下载：下载全尺寸图像

图4. FE-SEM显微照片显示了以下材料的横截面：(a) m_PLA，(b) m_PLA_PE2，(c) m_PLA_PE5，(d) m_PLA_PE10。

为了更好地解释多孔结构的形成，讨论其形成机制是值得的[57]。通过相转化形成的薄膜通常始于一个均匀的、热力学稳定的聚合物溶液。当浇铸的聚合物溶液与含有非溶剂的液相（NIPS）接触时，系统在互溶间隙内建立了一个新的平衡点。系统的热力学状态随后向这个新平衡点转变，进入一个亚稳态区域，在此区域发生相分离，形成富聚合物相和贫聚合物相，这两种相迅速分离。随后这两个相都经历了粗化过程，最终富聚合物相固化，从而锁定了相互渗透的双相形态。特别是，在纯PLA薄膜中观察到的叶状形态（图4a）与Milescu等人的研究结果一致[58]，他们使用了相同的溶剂/非溶剂对（即Cy/水），并报告说这种特殊的形态是由于快速的溶剂/非溶剂交换造成的。将醇解产物掺入PLA基质中并没有导致任何明显的形态变化（图4b–d）。这一观察结果与上述的孔隙率数据一致，证实了在相同的加工条件下，孔隙的形成主要受溶剂/非溶剂交换过程的控制，而不是溶液的粘度。

值得注意的是，尽管具有高度多孔的结构和添加剂的存在，所制备薄膜的加工性能并未受到限制（图S2）。

这项分析的另一个值得注意的发现是所开发系统的均匀性。实际上，高倍率图像显示（图S3）和密集表面（图S4）都没有发现聚集体或分支寡聚物的明显区域。这一发现证实了NIPS技术在确保添加剂在基质中均匀分散方面的有效性，这一点在之前的几项研究中也有所报道[20,59]，并且表明醇解产物与PLA基质之间具有良好的相容性和互溶性。制备薄膜的另一个有趣特性是它们的机械稳定性随时间的保持，这通过m_PLA_PE10薄膜老化大约一年后的照片得到了证明（图S5），显示出其柔韧性和物理完整性的保持，表明了良好的结构稳定性。其他开发的薄膜也表现出相同的行为。此外，原始样品和老化样品的红外光谱完全重叠（图S6），进一步证实了其化学稳定性。

3.2.3. 薄膜热性能的研究

基于纯PLA和PLA/寡聚物混合物的薄膜通过DSC和TGA分析对其热性能进行了表征。热图显示在图5中，而热数据列在表5中。

图5. m_PLA（黑色）、m_PLA_PE2（紫红色）、m_PLA_PE5（红色）和m_PLA_PE10（橙色）的第二加热阶段的DSC热图（左）和TGA曲线（右）。（关于图例中颜色的解释，请参阅本文的网页版本。）

表5. 纯PLA基薄膜（m_PLA）和含有醇解产物的薄膜的热性能。

样品 Tg [°C] Tcc [°C] ΔHcc [J/g] Tm [°C] ΔHm [J/g]
m_PLA 57 129 ?5.1 154 5.0
m_PLA_PE2 57 128 ?7.2 153 7.1
m_PLA_PE5 57 128 ?5.7 152 6.0
m_PLA_PE10 52 117 ?20 142/150

Tg = 玻璃化转变温度；Tcc = 冷结晶温度；ΔHcc = 冷结晶焓；Tm = 熔化温度；ΔHm = 熔化焓；焓值是基于完全结晶的PLA的熔化焓等于93 J/g的假设计算得出的。

纯PLA薄膜表现出与其非晶性质相符的热行为，首先是一个冷结晶峰（放热），然后是一个熔化峰（吸热），这两个峰的焓值几乎相同。含有添加剂的薄膜也表现出相同的行为，它们的ΔHcc和ΔHm值也相当。除了m_PLA_PE10样品外，醇解产物的加入并没有显著影响冷结晶（Tcc）、熔化（Tm）和玻璃化转变（Tg）温度，m_PLA的Tg为57°C，与先前报道的值一致[60]。在m_PLA_PE10的情况下，添加剂对薄膜热性能的影响更为明显，表现为Tg略有下降，ΔHcc和ΔHm均增加，Tcc下降，表明与纯PLA相比，聚合物结构得到了增强。这种行为可以归因于添加剂可能的成核效应，由于其比m_PLA_PE2和m_PLA_PE5具有更高度分支的结构，因此更倾向于聚集和形成纳米域。尽管这些纳米域无法通过SEM检测到，但它们可能有助于促进聚合物基质的结构化。

3.3. 薄膜的酶促水解

进行了酶促水解测试，以评估所开发薄膜的水解稳定性，特别关注添加剂的作用。实验在37°C下进行，使用Humicola insolens cutinase（HiC）和KPO作为介质。选择上述酶是因为多项研究表明HiC是有效的聚酯水解酶[[61], [62], [63]]。选择这个温度是因为它是模拟生理条件时对各种聚酯（包括PLA）进行酶促测试的标准操作温度[64,65]。为了区分纯水解降解和酶催化降解，同样将薄膜浸入不含酶的缓冲液中进行了测量。在酶促水解分析的整个时间范围内，所有系统都没有检测到重量损失。酶促水解测试的结果以重量损失百分比（WL）与时间的关系显示在图6和图S7中。

图6. 随时间变化的重量损失百分比，对于m_PLA（白色）、m_PLA_PE2（紫红色）、m_PLA_PE5（红色）和m_PLA_PE10（橙色）。（关于图例中颜色的解释，请参阅本文的网页版本。）

图6显示了薄膜在含有酶的溶液中浸泡一天后的测量数据，因为在较短的时间内结果出现了显著波动。因此，详细考虑图6所示的趋势，添加剂的存在似乎对降解过程的动力学有显著影响。虽然纯PLA薄膜和含有m_PLA_PE2的样品在处理一天后的行为相似，重量损失约为15%，但基于m_PLA_PE5和m_PLA_PE10的系统显示出更高的降解率，分别为24%和34%。经过两天处理后，测试系统的行为显示出显著差异，m_PLA和m_PLA_PE2样品的重量损失分别为36%和47%，而基于m_PLA_PE5和m_PLA_PE10的薄膜则表现出水解过程的显著加速，重量损失约为80%。这些结果不能仅通过薄膜的形态来解释，因为SEM测量显示它们的形态非常相似，而应该通过考虑添加剂的特定性质，特别是它们的分子量来解释，因为分子量会影响末端基团的浓度。如前所述，m_PLA_PE2的分子量比m_PLA_PE5和m_PLA_PE10高，在制备薄膜的条件下达到了约2000 g/mol。这一性质直接影响系统中-OH基团的浓度，因为添加剂的分子量越低，相同量的-OH基团浓度就越高。此外，值得强调的是，通过醇解反应产生的分支几何结构也有利于形成富含羟基团的系统，从而增加了用于薄膜制备的混合物中的羟基团浓度。在这方面，多项研究证明了上述官能团在聚酯降解过程中的关键作用。实际上，引入羟基团是为了提高聚酯的可降解性。例如，在最近的一项研究[66]中，比较了传统聚酯（如PCL和聚（11-羟基十一酸）（PHU）与含有羟基团的聚合物（即聚（10,11-环氧十一酸）（PEUA）的行为，发现羟基团对聚酯在水解和酶促介质中的可降解性有积极影响。在另一项研究[67]中，从己二酸、1,8-辛二醇和甘油合成了某些羟基功能共聚物，通过改变1,8-辛二醇与甘油的比率来调节羟基团的浓度。在磷酸盐缓冲液（pH ～ 7.4，37°C）中特定时间内的降解测量表明，7天后的重量损失范围从含有1:0.8:0.2己二酸:1,8-辛二醇:甘油比率的聚合物的20%到含有较高甘油浓度的聚合物的55%，表明随着羟基含量的增加，生物降解速率提高。这种现象归因于增加的亲水性、降低的结晶度以及自由羟基团的催化作用，所有这些都有助于在水解条件下断裂聚合物酯键。

三天后，含有m_PLA_PE2的样品也达到了较高的重量损失，约为80%，但其降解动力学比其他两个系统慢，后者此时几乎完全分解。这一结果似乎也支持了羟基官能团在聚合物降解中的作用，因为对于添加相同量的添加剂，基于m_PLA_PE2的薄膜中的OH基团较少。最后，所有含有分支添加剂的薄膜在五天后都完全降解，而纯PLA样品则在七天后才降解。

酶促水解实验的结果表明，通过加入与聚合物基质高度兼容的添加剂可以调节基于PLA的薄膜的可降解性，这些添加剂的生产方法简单且环保，薄膜制备不需要分离直接来自PLA回收的化合物。

3.4. 薄膜的保留和释放能力研究

为了评估基于PLA的薄膜的保留能力以及分支寡聚体对这一性质的影响，使用了盐酸对罗丹明（PARA）的水溶液进行了保留测试，PARA是一种阳离子有机染料，可以模拟含氨基药物的行为。因此，这种化合物适合作为研究药物-聚合物相互作用的模型[68]。在保留测试中，分析了纯PLA薄膜和含有最高浓度PE的寡聚物的薄膜（即m_PLA_PE10）。实验在37°C下进行，即生理温度下进行，接触薄膜1天和14天后的上清液使用UV-Vis光谱仪进行分析。薄膜保留的染料量使用公式（5）计算得出。结果显示在图7a中，图中还包括了薄膜暴露于PARA溶液后的多孔和密集表面的照片。

图7. (a) m_PLA（白色）和m_PLA_PE10（橙色）保留的PARA量；(b) 吸收的水量。（关于图例中颜色的解释，请参阅本文的网页版本。）

24小时后，两种薄膜保留的染料量相对较低，m_PLA为59 ± 18 μg/g，m_PLA_PE10为65 ± 6 μg/g。14天后，m_PLA的染料量略有增加，达到71 ± 6 μg/g，而m_PLA_PE10的染料量显著增加，达到153 ± 13 μg/g。14天后薄膜表面观察到的变色进一步证实了它们对PARA吸收的差异。纯PLA薄膜显示出不均匀的粉红色，而m_PLA_PE10薄膜则具有非常均匀的着色，其多孔表面呈现出更深的颜色，这表明薄膜上述部分的较大表面积促进了染料的保留。通过比较纯PLA薄膜与含有寡聚体的系统的分析结果，可以推断出高分子量PLA对阳离子分子的亲和力较低，这一现象是由于可用于相互作用的官能端基团数量有限所致。实际上，可以假设尽管薄膜的多孔结构提供了较大的表面积，但缺乏功能性限制了其保留能力。在这方面，值得强调的是，多项研究指出PLA的功能化在提高与药物、染料或生物活性分子的有效相互作用方面起着关键作用，从而提高了负载效率和亲和力[[69], [70], [71]]。另一方面，如上所述，将支化寡聚体掺入系统中并未影响薄膜的孔隙率和形态，但增加了官能团的数量，这可以通过非特异性相互作用促进PARA的吸附。由于保留测试是在水溶液中进行的，因此必须考虑薄膜的润湿性以获得更全面的结果解释。为此，测量了m_PLA和m_PLA_PE10的吸水率（WU）。根据方程（6）计算出的WU值随时间的变化情况如图S8所示，而图7b显示了1天和14天时的结果，这两个时间点对应于保留测试的时间点。纯PLA基薄膜在24小时后的WU为27 ± 4%，14天后增加到65 ± 4%。相比之下，m_PLA_PE10在同一时间后的WU值分别为59 ± 18%和96 ± 10%。这些结果表明，引入含有羟基末端基团的醇解产物后，材料的吸水能力得到了提高，这与Singh等人的研究结果一致[[72]]，他们证明对于分子量低于5000 g/mol的PLA，–OH末端基团的存在显著增加了水分保留能力。基于此，可以推断出由于添加剂的引入而产生的–OH基团通过分子与上述官能团之间的特异性相互作用促进了染料的吸收。此外，由于添加剂的极性，薄膜的润湿性增加有助于染料在多孔结构中的扩散。

此外，还研究了m_PLA和m_PLA_PE10薄膜随时间控制释放PARA的能力，因为这是评估染料-聚合物相互作用强度和效果的关键参数[[73]]。PARA的加载使用浓度为20 μg/mL的水溶液进行，其在37°C下的释放能力通过UV-Vis分析进行了评估（图8）。

两种薄膜都观察到了快速的初始释放，在最初的几个小时内释放量急剧增加，随后释放速率逐渐下降，直到7天后释放完成。有趣的是，在5分钟后，虽然纯PLA薄膜（m_PLA）的累计释放量约为86%，但含有添加剂的样品m_PLA_PE10的累计释放量约为60%。尽管两种薄膜最终都在一周内实现了完全释放，但它们的释放动力学明显不同：纯PLA系统的平均释放速率为0.015 μg?(mL?h)?1，而m_PLA_PE10的释放速率为0.009 μg?(mL?h)?1，表明含有添加剂的薄膜释放更缓慢且更可控。与其他基于PLA的系统一样，这些结果可以通过支化寡聚体的存在增加了亲水性来解释，从而调节了薄膜的释放行为，进一步证实了所开发材料的有效性[[74,75]]。尽管这些是初步测试，但观察到的释放曲线令人鼓舞，因为可控释放是生物医学和药物递送应用的关键前提，允许延长治疗效果并避免频繁给药[[76]]。特别是，类似于m_PLA_PE10的释放曲线，已经为设计用于释放抗生素和细菌素的基于PLA的系统报道过[[77], [78], [79]]。这种特殊的释放行为对于抗菌应用特别有利，因为初始的快速释放可以迅速消除大部分病原体，而随后的持续释放有助于长时间控制感染[[79]]。

3.5 细胞活力评估
使用人类神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y评估了所开发薄膜的生物相容性。在暴露前后以及暴露2天和7天后，首先用光学显微镜观察了细胞形态和粘附情况（图S9）。获得的图像显示，由未接触薄膜的细胞组成的对照组与接触开发材料的细胞之间没有显著差异。此外，随着时间的推移，细胞密度有定性的增加，表明从第2天到第7天细胞正常增殖。

为了评估细胞毒性和细胞活力，在暴露7天后进行了MTT测定。这种常用的测定方法通过将(3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5-二苯四唑溴化物还原为不溶性甲瓒晶体来测量活细胞的代谢活性，从而提供细胞活力的可靠指示[[80]]。图9显示的细胞活力百分比是相对于未经处理的对照组计算的，定义为活细胞数除以总细胞数。

结果非常令人鼓舞，因为所有基于PLA的系统，包括含有添加剂的系统，都表现出超过100%的细胞活力值，这不仅表明没有细胞毒性事件，还表明细胞随时间成功增殖。这些发现与先前的研究结果一致，这些研究表明PLA及其基复合材料对不同细胞类型（包括神经细胞、成纤维细胞和中国仓鼠卵巢细胞系）具有生物相容性[[81], [82], [83]]。事实上，文献中报道，在PLA降解过程中释放的乳酸可以促进神经细胞增殖，这可能归因于其降低细胞内氧化还原状态的能力[[84], [85], [86]]。此外，这项工作还表明，引入醇解产物不会损害PLA基质的固有生物相容性，甚至可能支持细胞生长。

3.6 Cyrene?的回收
为了开发符合循环经济原则的PLA升级回收过程，溶剂回收是减少废物产生和降低聚合物加工环境影响的关键步骤[[87]]。为此，本工作的一个目标是开发一种“闭环”方法，其中用于醇解过程和制备多孔薄膜聚合物溶液的溶剂可以被回收并重新用于后续处理循环。为此，应用NIPS技术制备薄膜后得到的Cy和水混合物进行了蒸馏步骤。这一过程利用了两种溶剂沸点的巨大差异[[88,89]]，水的沸点为100°C，Cy的沸点为227°C，从而可以选择性地蒸发水并回收纯化的Cy。此外，Stini等人具体报道了通过蒸馏将Cy从水中分离出来的可能性，进一步支持了本工作中采用的方法[[90]]。

蒸馏过程后，通过1H NMR光谱分析了从锅炉中收集的残留物，以评估回收程序的有效性。回收的Cy的光谱与原始Cy的光谱进行了比较（图S10），观察到的信号根据Cseri等人的工作进行了归属[[91]]，他们报告了包括Cy在内的几种生物基溶剂在CDCl3中的化学位移。新鲜Cy的光谱与文献值一致，确认了所用材料的纯度[[90,92]]。回收的Cy的1H NMR光谱与原始溶剂没有显著偏差，也没有检测到杂质或降解产物的额外信号。这些发现证明了蒸馏过程在回收Cy方面的有效性，并确认回收的溶剂可以重新使用而不损失质量。能够回收并重新使用Cy而不损害其纯度和化学完整性，是实现稳健、循环和环保的PLA加工和升级回收方法的重要一步。

4. 结论
在这项工作中，开发了一种可持续的聚乳酸升级回收方法，以及一种闭环方法，使得可以从其化学处理中得到的产品得到再利用。该反应利用了一种易于扩展的醇解过程，在绿色溶剂二氢左旋葡糖酮（Cyrene?，Cy）中与基于生物的试剂（如戊糖醇和硬脂酸锌）进行反应，高效地生产出了具有支化、高度功能化的寡聚产物。闭环概念通过直接在反应介质中重新使用支化寡聚体来验证，无需任何后处理，用于制备多孔薄膜，以及在薄膜制备后回收Cy。通过将原始聚合物掺入来自醇解反应的寡聚体混合物中来提高加工性，所得到的薄膜表现出特有的叶状形态。此外，它们对阳离子有机染料对氨基末端药物的模拟行为——对苯胺盐酸盐表现出高保留能力，这一现象归因于支化添加剂赋予的功能特性。所开发的薄膜不仅表现出生物相容性，而且与纯聚合物相比，其酶促水解速度也更快。此外，整个过程简单、低影响且可扩展。这些结果突显了材料和该方法作为可持续PLA增值的有希望的进展。

CRediT作者贡献声明
Martina Cozzani：撰写——原始草稿、研究、数据分析。
Alessandro Fortunato：可视化、研究。
Giacomo Damonte：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、方法学、研究。
Alessandro Pellis：撰写——审阅与编辑、验证、资金获取。
Donatella Di Lisa：撰写——审阅与编辑、验证、研究。
Laura Pastorino：撰写——审阅与编辑、验证、研究。
Orietta Monticelli：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、资金获取、概念化。