高光学纯度右旋聚乳酸和左旋聚乳酸的制备及其对工业级左旋聚乳酸结构及性能影响关系的研究

Poly(lactide) (PLA) is a kind of biodegradable material which exhibits many excellent properties, but its crystallization speed is slow and this drawback limits its application. The crystallization capacity of PLA relates to its optical purity, the lower optical purity, the slower crystallization rate. In this project, the higher optical purity poly(D-lactide) (PDLA) and poly(L-lactide) (PLLA) with different molecular weights and different branched structures were synthesized through polymerizing high optical D-LA and L-LA in laboratory. These two synthesized products are added into the industrial PLLA as a crystallization accelerator. Varying the chemical structures (such as molecular weight, branched structure, adding content etc.), condensed states (partially melting or completely melting etc.) and external conditions (temperature gradient, cooling condition, heating history, shearing field, draw ratio etc.), investigate the variety of each crystal phase and their influences on the physical properties. Through exploring the relationship between the chemical structures, condensed states and external conditions and physical properties of these blending materials, achieving build the blending material with different degree of order, different oriental structure, and different physical properties, and then provide theory evidence and technical route for the industrial application of PLA blending materials.

聚乳酸是一类具有诸多优良性能的可降解生物材料，但其结晶速率较慢，限制了应用。聚乳酸的结晶能力随光学纯度的下降而变差，本项目拟以实验室高光学纯度的丙交酯聚合得到分子量可控、不同支化结构、高光学纯度的右旋聚乳酸（PDLA）和左旋聚乳酸（PLLA）材料，并以该两种合成材料分别作为结晶促进剂，加入到工业级的光学纯度较低的PLLA中，制备二元共混材料。改变所合成的PDLA、PLLA的化学结构（分子量、支化结构、添加含量等）和凝聚态结构（部分熔融、完全熔融等）及外部物理条件（温度梯度、降温条件、热历史、剪切场、拉伸比等），研究共混材料中各相结晶结构的变化规律及对物理性能的影响。通过建立共混材料中聚乳酸化学结构、凝聚态结构、外部条件与材料物理性能之间对应的变化规律，实现不同有序度、不同取向结构、不同物理性能的共混材料的构建，为制备具有产业化应用前景的聚乳酸共混材料提供理论依据和技术路线。

聚乳酸是一类具有生物质来源、可生物降解的环保材料，在石油资源日益紧缺、环境污染日益严重的今天展现了独特发展潜力。但聚乳酸结晶速率慢、韧性差，给其应用带来局限。本项目主要从聚乳酸单独结晶、立体复合物结晶及力学性能等方面开展研究，并取得了相关研究结果，以期为聚乳酸广泛应用提供参考。.（1）对不PLLA的结晶性能研究表明，分子量增加，结晶速率先增后减，在分子量为20 kg/mol时，结晶速率最大；结晶温度升高，结晶速率先升后降，在~110℃等温结晶时结晶速率最快；光学纯度提高，结晶速率加快，可结晶温度范围变宽，结晶焓值增大。分子量、支化结构、结晶温度、光学纯度不改变聚乳酸结晶结构。.（2）PLLA/PDLA等比例共混的结晶性能研究表明。分子量增加，聚乳酸立体复合物熔点先升高后降低，在分子量为~35 kg/mol时，立体复合物的熔点最高，达254°C；共混物中三臂聚合物的比例增加，出现聚乳酸单独结晶时的平均每个臂的分子量逐渐降低（Mn, PLLA/PDLA> Mn, 3PLLA/PDLA > Mn, 3PLLA/3PDLA），立体复合物的晶体生长速率逐渐降低。光学纯度下降，出现聚乳酸单独结晶的临界分子量减小。.（3）工业级PLLA与高光学纯度PDLA不等比例共混，光学纯度较低，PLLA呈韧性，光学纯度增加，韧性急剧下降。低光学纯度PLLA与PDLA共混形成少量结晶（˂10%），仍保持良好韧性。立体复合物充分结晶时，少量立体复合物可促进聚乳酸单独结晶形成，立体复合物充分熔融后，原位形成的立体复合物对单独结晶的促进作用减弱；高光学纯度PLLA也可促进工业级PLLA结晶，但效果比立体复合物差。.该研究可为制备高耐热、高强度聚乳酸立体复合材料提供基本方案，为聚乳酸的增韧改性提供更多参考。