[發明專利]具有優異低溫流動性的高性能立構復合聚乳酸材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910134444.7
• 申請日: 2019-02-23
• 公開（公告）號: CN109836790A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 白紅偉;傅強;劉振偉;張琴;陳楓;王珂;鄧華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉

本發明公開的一種具有優異低溫流動性的高性能立構復合聚乳酸材料及其制備方法，該材料是將高熔點立構復合型聚乳酸和低熔點立構復合型聚乳酸在室溫下進行預混后，再經熔融共混而成，其在220℃的溫度下測得的剪切粘度為3.8×10²～1.8×10³Pa.s，且其在220℃的溫度下經注塑成型得到SC?PLA制品的結晶度為45.8～57.3％，維卡軟化點為192.2～227.3℃，斷裂強度為60.9～72.5MPa。本發明公開的材料既可以在不高于220℃的溫度下進行擠出或注塑成型，又可保證獲得的SC?PLA制品材料具有較高的力學性能和耐熱性能，且工藝簡單高效、易于實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于立構復合聚乳酸及其制備技術領域，具體涉及一種具有優異低溫流動性的高性能立構復合聚乳酸材料及其制備方法。

背景技術

聚乳酸(PLA)是目前應用最為廣泛和最有發展前景的生物基可降解高分子材料之一。由于PLA具有生物相容性、生物可降解性、較高的透明性以及優異的力學強度等特點，因此被大量地應用于生物醫用材料以及包裝材料等領域。然而，盡管其力學強度與尼龍、聚碳酸酯以及聚甲醛等工程塑料相當，但是由于 PLA的結晶速率很慢，采用一般注塑成型的方法制得的制品結晶度是很低的，耐熱性也非常差，熱變形溫度只有60℃左右，這就極大地限制了其在工程領域的應用。近年來，立構復合型聚乳酸(SC-PLA)的出現為PLA材料的工程化應用提供了新的思路。

SC-PLA是由等量的左旋聚乳酸(PLLA)與右旋聚乳酸(PDLA)共混而得到的一種PLA材料。在SC-PLA中，PLLA與PDLA的分子鏈以肩并肩的形式相互配對、并在分子間氫鍵作用下緊密堆砌形成立構復合(SC)晶體。這種SC 晶體的熔點約為230℃，比PLLA或PDLA各自結晶形成的均質(HC)晶體的熔點高出50℃。大量SC晶體的形成可以顯著改善PLA的耐熱性，同時SC晶體還可以有效提高PLA的力學性能、熱穩定性、耐水解性和耐久性等性能。

SC晶體的形成與PLA重均分子量的大小密切相關。當PLLA或PDLA的重均分子量較低時(小于等于1×10⁴g.mol^-1)，容易在熔融結晶過程中形成高含量的SC晶體。但是，當PLLA或PDLA的重均分子量較高時(大于1×10⁴g.mol^-1)， SC-PLA中在形成SC晶體的同時往往會伴隨大量HC晶體的生成，最終導致SC 晶體的優異性能無法得到充分發揮。而在實際的應用當中，只有當PLA的重均分子量較高時才能制備得到力學性能較好的制品。因此，為了制備兼具高耐熱性、優異力學強度的SC-PLA制品，就必須設法在高分子量SC-PLA制品中來提高SC晶體的結晶度及相對含量才能滿足要求。否則，就只能另辟蹊徑來滿足要求了。如CN103965493 A就在熔融共混制備高分子量SC-PLA材料的過程中采用了固態微交聯的技術，以對SC-PLA的非晶區PLLA與PDLA分子鏈進行選擇性微交聯，所形成的這種微交聯的結構就可以將PLLA與PDLA分子鏈通過化學鍵連接起來，從而保證在將SC-PLA材料重新熔融加工制備SC-PLA制品的過程中， SC晶體中配對的PLLA和PDLA分子鏈不被破壞，在冷卻時重新形成大量的高純度和高含量的SC晶體，進而有效提高SC-PLA制品的耐熱性。但是在將 SC-PLA材料熔融加工過程中，為保證熔融成型時SC-PLA的流動性，加工溫度要在SC晶體熔點(～230℃)以上(一般不低于240℃)，在高溫下又會導致 SC-PLA制品力學性能等的嚴重降低。這是因為PLA分子主鏈中含有大量對溫度敏感的酯鍵，在高溫下酯鍵容易斷裂而導致PLA分子量降低。