基于“一步”反应共混和结晶调控制备高性能立构复合聚乳酸/弹性体共混物的基础研究

Stereocomplexation between enantiomeric poly(L-lactide) (PLLA) and poly(D-lactide) (PDLA) provides a robust solution for developing eco-friendly polylactide (PLA) engineering plastic with superb physicochemical properties. However, the practical applications of stereocomplex-type PLA (SC-PLA) have been significantly hindered by its inherent brittleness and poor melt stability (PLLA/PDLA chains would be decoupled from their helical pairs after complete melting and thus it is challenging to fabricate SC-PLA products containing high-content SC crystallites). Blending with various elastomers is a facile but effective method to enhance the toughness of SC-PLA and the matrix crystallization plays a key role in determining the blend performance. In this project, we propose a new strategy to substantially improve the melt-stability of SC-PLA matrix through reactive melt blending, where some PLLA/PDLA chains could be grafted onto elastomer chains and thus forming comb-like grafting copolymers. After tailoring crystal morphology and structure of the SC-PLA matrix at micro- and nanoscale levels, the influence of the matrix crystallization on the blend performance will be investigated, and finally a theory framework for preparing high-performance SC-PLA/elastomer blends through reactive blending and crystallization manipulation will be set up. After completing this project, it is expected to develop a new route for direct structuring SC-PLA-based engineering plastics.

左旋聚乳酸（PLLA）与右旋聚乳酸（PDLA）的立构复合（SC）为聚乳酸（PLA）工程塑料的开发提供了可能。然而，由于立构复合聚乳酸（SC-PLA）的脆性大、熔融稳定性很差（在熔融过程中PLLA/PDLA分子链对极易分离，导致所得SC-PLA制品中难以形成高含量的SC晶体），无法满足应用需求。与弹性体共混是提高SC-PLA韧性的一种简单有效的方法，而基体结晶又是影响共混物性能的关键结构因素。基于此，本项目创新性地提出通过“一步”反应性熔融共混在共混物熔体中形成梳形接枝共聚物（少量PLLA/PDLA分子链接枝到部分弹性体分子链上）、进而大幅改善基体熔融稳定性的新方法，并在微纳尺度上实现对SC-PLA基体结晶形态与结构的有效调控，深入研究基体结晶对共混物性能影响的规律，最终建立通过反应共混和结晶调控来制备高性能SC-PLA/弹性体共混物的理论框架，为SC-PLA工程塑料的定构加工提供新思路。

立构复合聚乳酸（SC-PLA）具有耐高温、耐水解降解等优异性能，在绿色工程塑料领域具有重要应用前景。然而，其成型加工与应用却受到脆性大、熔融稳定性差等缺点的严重限制。本项目从弹性体增韧SC-PLA出发，提出了利用“一步”反应性熔融共混原位构筑的梳形接枝共聚物实现对左旋聚乳酸/右旋聚乳酸（PLLA/PDLA）分子链的有效增容（即增强链间相互作用、抑制微相分离）、进而改善熔融稳定性的新策略，围绕“接枝共聚物构筑—熔融稳定性改善—结晶调控—结晶对共混物性能影响—新应用探索”这一主线，开展了以下几方面的研究工作：（1）采用反应性熔融共混将少量PLLA/PDLA分子链接枝到部分弹性体或加工助剂的分子链上形成“双接枝”共聚物，分析了共聚物形成与立构复合间相互竞争的动力学行为及其关键影响因素（如温度、催化剂浓度等），实现了在共混物中 “定构”结构可控的共聚物；（2）明确了共聚物结构与基体熔融稳定性之间的关系及相关作用机制，精确调控了基体的结晶组成、结晶度、结晶形态等结晶参数，研究了基体结晶对共混物性能影响的规律，并从链缠结的角度揭示了SC结晶影响增韧效率的分子机理，获得了综合性能优异的SC-PLA/弹性体共混物；（3）探索了采用3D打印技术制备形状复杂的高品质SC-PLA制品的可行性。这些研究结果不仅为基于接枝共聚物构筑和结晶调控来设计和制备高性能SC-PLA共混物构建了新的方法和理论框架，而且为SC-PLA材料的应用奠定了一定基础，具有重要的理论意义和实用价值。.在本项目的资助下，已发表SCI论文9篇，获授权中国国家发明专利3件，参加国际学术会议1次、国内学术会议9次，培养博士研究生2人、硕士研究生5人、本科生12人。