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本研究合成了一种新型乳酸基醚酯增塑剂1,6-己二酸乳酸二乙二醇甲基醚酯（ALME），通过FTIR和1H NMR验证其结构。ALME的加入显著提升PLA的力学性能，20 wt% ALME使冲击强度达891 J/m（提高27倍），延伸率增至349%（提高83倍），同时将玻璃化转变温度降低41.3℃。该增塑剂兼具环保性和高效增塑效果，有效解决PLA加工性与机械性能的平衡问题。
作者：杜文楠、王耀斌、任亮、宋成伟、张月丽、薛旭涵、冷家琪、张明尧
长春工业大学化学工程学院，中国长春，130102
摘要
聚乳酸（PLA）在平衡机械性能、光学透明度和热稳定性方面面临诸多挑战，尤其是在临床再生医学的组织工程、药物开发和筛选应用领域。本文合成了一种新型的基于乳酸的醚-酯类增塑剂，命名为1,6-己二酸-乳酸-乙二醇-单甲基醚酯（ALME），并通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱和质子核磁共振（1H NMR）分析验证了其分子结构。将醚基和乳酸基引入增塑剂分子骨架后，显著降低了玻璃化转变温度（Tg），大幅提高了加工性能，并显著增强了韧性。这种分子结构设计为调和PLA的机械性能、迁移速率和加工性能提供了有效策略。此外，还评估了ALME在PLA混合物中的抗迁移性和挥发性。加入20%的ALME后，冲击强度显著提高至891 J/m，比纯PLA（33.17 J/m）提高了27倍；断裂伸长率提高了83%。当添加25%的ALME时，混合物的玻璃化转变温度（Tg）降至19.6°C，比纯PLA低41.3°C。这些结果凸显了ALME在PLA基质中的高效增塑效果。热重分析（TGA）表明，ALME的加入并未显著影响混合物的热稳定性。
引言
自19世纪60年代发明以来，塑料在20世纪20年代实现商业化，并在20世纪40年代全球产量急剧增长。这一增长得益于其轻质、良好的可变形性和成本竞争力等优势[1][2]。过去六十年中，全球塑料产量年均增长率达8.7%，到2022年达到4亿吨[3][4]。这种指数级增长产生了大量塑料废物[5][6]，加剧了现代经济发展中的矛盾：一方面是资源消耗加剧，另一方面是废物排放增加。这些双重压力导致了严重的环境退化、能源危机和资源短缺[7][8][9]。
全面利用可再生资源是应对上述挑战的战略选择[10][11][12]。这些资源来自可再生的原料，有助于缓解能源安全问题，同时其无毒且对环境友好的特性可避免对人类健康和生态系统造成不良影响。
聚乳酸（PLA）是一种由可再生资源制成的线性脂肪族聚酯，具有优异的生物相容性、生物降解性和机械强度，适用于多种应用[13][14][16]。然而，其广泛应用受到结晶动力学缓慢、加工难度大和机械性能不足等限制。因此，改进PLA的分子量、机械性能和结晶速率对于扩大其在日常生活中的应用至关重要[17][18][19]。这一需求推动了对PLA改性的研究成为当前科学研究的重点。
目前最常用的方法是PLA的增塑改性[20][21][22][23]。几乎所有用于提高塑料塑性的物质都属于增塑剂。为了改善塑料的韧性并抵消填料添加导致的系统模量和粘度增加，通常会向体系中引入增塑剂。增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子间的次级价键，从而降低硬度、模量、软化温度和脆化温度，同时提高断裂伸长率、柔韧性和塑性。然而，市售的邻苯二甲酸酯类增塑剂存在健康风险，因为它们容易迁移到聚合物表面，导致聚合物中的增塑剂含量逐渐减少。
因此，近年来人们开始转向使用无毒且对环境友好的增塑剂。其中，来自生物资源的生物基增塑剂因兼具生物降解性和优异的增塑效率而成为该领域的重要发展方向[24][25][26][27]。选择无毒、环保和可再生的生物质资源作为生产生物基增塑剂的原料，可以减少对石油资源的过度消耗，并降低增塑剂泄漏造成的环境污染。经过多年研究，已经开发出多种生物基增塑剂（如柠檬酸酯增塑剂[28][29]、衣康酸酯增塑剂[30][31]、苹果酸酯增塑剂[32][33]、乳酸基增塑剂[34][35]、糖醇基增塑剂[36][37]和植物油基增塑剂[38][39]）。刘等人研究了乙酰化反应对增塑剂性能的影响，发现含有乙酰基结构的柠檬酸酯增塑剂具有更好的增塑效果[40]。Martinez等人发现二丁基衣康酸（DBI）是一种环保且增塑效果良好的增塑剂，能有效降低PLA的玻璃化转变温度[41]。Park等人通过酯化和乙酰化不同烷基链长度的苹果酸，合成了一系列苹果酸酯增塑剂（AcMAE-Cn），并系统研究了苹果酸酯增塑剂的结构对其增塑性能的影响[42]。
总之，大多数市售增塑剂仍存在诸多缺点，如与基体树脂的相容性差、增塑效率低和迁移倾向强。因此，开发兼具透明性、高韧性和低迁移性的增塑PLA是我们后续研究的关键目标。乳酸是聚乳酸（PLA）的单体，而基于乳酸的生物基增塑剂不仅具有良好的生物可再生性，还与PLA具有良好的相容性。
材料
半结晶LX175 PLA的密度为1.24 g/cm3，熔融流动指数（MFI）为3 g/10 min（在190°C、2.16 kg条件下测量），购自中国新大屯河公司。L-乳酸（AR）来自天津大茂化工试剂厂；己二酸（AR）来自中国Macklin生化技术有限公司；乙二醇单甲基醚（AR）来自Energy Chemical公司。
增塑剂的合成及PLA混合物的制备
取72 g（0.8 mol）乳酸，加入装有搅拌叶片的250 ml三颈烧瓶中
FT-IR分析
目标增塑剂ALME通过两步酯化反应制备，使用乙二醇单甲基醚、乳酸和己二酸的混合物。所得化合物的化学结构通过FTIR光谱得到明确确认（见图2）。在乙二醇单甲基醚的谱图中，3423 cm?1处观察到与醇羟基对应的强拉伸振动吸收峰
结论
我们设计并合成了一种新型的基于乳酸的增塑剂（ALME），其中含有醚基和酯基功能团，并通过傅里叶变换红外（FTIR）和质子核磁共振（1H NMR）光谱验证了其结构。该增塑剂在PLA中表现出显著的增塑效果，同时改善了机械性能和光学性能。值得注意的是，观察到了抗增塑现象，这可能是由于
CRediT作者贡献声明
杜文楠：撰写初稿、可视化处理、验证、方法论设计、实验研究、数据分析、概念构建。王耀斌：实验研究、数据分析、概念构建。任亮：撰写与编辑、撰写初稿、可视化处理、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构建。宋成伟：实验研究、数据分析。张月丽：验证工作、实验研究。薛旭涵：
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了吉林省科学技术厅项目（编号：20240301030GX）和长春市高校与研究院试点项目（编号：24GXYSZZ41）的资助。
