流动诱导大量聚乳酸shish-kebab结构生成及其在注塑成型中实现

The properties of semicrystalline polymers can be improved significantly by introduction of flow-induced shish-kebab structure, however, for the biodegradable polymer of poly(L-lactide) (PLLA), it is hard to fullfill the critical conditons for formation of the shish-kebab structure of PLLA due to it's low molecular weight and the nature of semi-rigid chain, thereby the PLLA product with plenty of shish-kebab structure of PLA has not been reported yet. In this project, we plan to promote the formation of shish-kebab structure by introducing a high flow field into the cavity of injection mold, in addtion, small amount of compatible polyethylene glycol is added to increase the mobility of polylactide chains, aiming to improve crystallization rate and suppress the relaxation of shish. Thus, the injection molded PLA products containing plenty of shish-kebab structure are expect to be fabricated. By investigation of flow-induced crystallization of PLA and the critical condition of the shish-kebab formation, and exploring the rule of shish-kebab formation in PLA under injection molding as well as the structre-property relationship, it is promising to give some valuable theory guideline and technical support for manipulating the structure of PLA and achievement of the high performance parts.

流动诱导生成的串晶（shish-kebab）结构可显著提高半结晶聚合物制品性能，但由于聚乳酸的分子链呈半刚性且分子量较低， shish-kebab 结构形成所需的流动场条件苛刻，因此，迄今为止，尚未在注塑制品中生成大量shish-kebab 结构的报道。本课题拟在注塑保压阶段，模具型腔中施加强的振动流动场，促进聚乳酸分子链取向，发生流动诱导结晶，并添加少量与之相溶的聚乙二醇增加分子链活动能力，提高结晶速率，抑制shish 的松弛，制备含大量shish-kebab 结构的聚乳酸注塑制品，提高聚乳酸制品的力学性能。本课题拟系统研究流动场诱导PLLA 结晶规律和形成shish-kebab 结构的临界条件、实际加工流动场下PLLA shish-kebab 结构形成规律，以及结构与性能的关系，为聚乳酸加工中的形态调控及其高性能化提供理论指导。

作为其中一种有望大规模应用的生物可降解高分子，聚乳酸表现出良好的综合力学性能，而且相比其它生物可降解合成高分子材料，聚乳酸价格更接近传统石油基高分子材料。然而聚乳酸分子链相对较短且呈半刚性，其结晶速率较慢，非晶玻璃化转变温度低，导致性能方面还存在不足，限制其应用。本项目主要针对结晶方面的缺陷开展工作，通过在聚乳酸中加入少量聚乙二醇增加其分子链活动能力，并结合加工中施加强剪切流动获得了大量串晶结构，进一步将天然纤维、氧化锌晶须等各种功能填料引入聚乳酸基体中，并通过流动场调控其晶体形态。同时本项目较深入研究了聚乳酸晶体形态形成机理，主要包括：通过结晶促进剂调控聚乳酸横晶形态及复合材料界面性能，纤维诱导横晶和剪切诱导柱晶的结构特点，表面水解诱导的聚乳酸/天然纤维复合材料快速降解，以及聚乳酸近晶相的调控与性能研究。研究发现聚乳酸可在填料表面生成各种特殊界面晶体结构，如横晶、杂化串晶等，而且可通过填料的表面性质、添加少量聚乙二醇以及施加流动场进一步调节其结晶行为及最终晶体结构，并且本项目在注塑成型过程中很好地实现上述结构，性能结果表明填料的加入以及特殊界面晶体结构的获得可显著提高聚乳酸注塑制品力学性能，且不同填料又赋予聚乳酸制品新的性能。本项目的研究工作较好地建立了填料性质、流动场与聚乳酸晶体结构，以及结构与最终性能关系，为聚乳酸加工中的形态调控及其高性能化提供了一定理论指导。