木质素接枝右旋聚乳酸与左旋聚乳酸的立构复合及共混改性

Stereocomplex crystals of polylactide can effectively improve thermal stability of polylactide (PLA) and accelerate the crystallization as nucleator. Poly(D-lactide)-grafted lignin (lignin-g-PDLA) owns the multi-arm structure of lignin, and can form stereocomplex crystals with poly(L-lactide)(PLLA). As blending modifier, the utilization of bio-based macromolecules grafted by polylactide depends on understanding of the chemical composition and the condensed structure of the blend. We use different kinds of lignin with different molecular weights as initiator to prepare lignin-g-PDLA with different PDLA chain lengths. This research will study the crystallization and degradation behavior, based on the properties of lignin-g-PDLA, the effect of the type of lignin, the molecular weight of lignin, grafted PDLA chain length and stereocomplexation on the condensed structure will be studied. This research will focus on formation conditions, morphologies and functions of stereocomplex crystals, besides, the dispersion behavior of lignin will also be considered to analysis the properties of PLA blends. This research will provide new structure design and modification method for PLA modifiers.

立构复合晶能够有效提升聚乳酸（PLA）的热稳定性，并且作为异相成核剂促进聚乳酸的结晶。木质素接枝右旋聚乳酸（lignin-g-PDLA）具有木质素的多臂结构，能与左旋聚乳酸（PLLA）形成立构复合晶而用于聚乳酸改性。该多臂聚合物与PLLA的共混改性需要对多臂聚合物自身及共混体系的化学构成、凝聚态结构进行深入理解。本课题将从木质素的类型、分子量及接枝右旋聚乳酸的链长三方面调控lignin-g-PDLA改性剂的化学结构。采用结晶行为与降解行为研究相结合的方法，以多臂改性剂的自身性能研究为基础，深入探讨lignin-g-PDLA的化学结构及立构复合晶的存在对共混体系凝聚态结构与性能的影响，重点研究共混体系中立构复合晶的形成条件、形态及功能，并结合木质素在共混体系中的分散行为，对改性聚乳酸的性能进行深入分析，为聚乳酸改性剂提供新的设计与制备方法。

本课题使用不同种类木质素（碱性木质素、脱碱木质素和木质素磺酸盐等）进行开环聚合，在比较的基础上，选择使用碱性木质素并提纯后进行烷基化，再以此作为引发剂引发丙交酯开环聚合得到一系列分子量不同的lignin-g-PDLA。首先对不同分子量lignin-g-PDLA自身的结晶行为进行研究，结果表明随着PDLA分子量的增加，结晶速率加快，并且通过结晶形貌的观察发现在产物中会存在分相聚集现象。POM形貌表明，聚集区在不同结晶温度下所发挥的作用不同。低温（Tc=120℃）结晶时，PLLA晶体的生长会以聚集区为成核点进行生长，而当结晶温度较高（Tc=140℃）时，PLLA晶体的成核则与聚集区无关，聚集区分布在PLLA的晶体内部或周围无定型区域。晶体的Raman分析结果表明，聚集区内木质素的含量要高于聚集区以外，而聚集区外木质素均匀分散在聚乳酸中并且含量较低。GPC数据表明在聚合物峰的位置也会有木质素的紫外吸收，再次说明聚合物上连接有木质素。此外在聚合物的出峰前还会出现更大分子量的峰，结合Raman结构结构分析和POM形貌分析，我们推测根据木质素接枝聚乳酸量的多少，产物中同时存在两种lignin-g-PDLA。当木质素表面接枝有大量聚乳酸时，木质素可均匀分散在聚乳酸中，而当木质素接枝聚乳酸量较少时，lignin-g-PDLA很容易在溶剂中发生聚集，最终形成POM形貌下的聚集状态。其次，在此基础上我们也对lignin-g-PDLA与PLLA的共混物进行了研究，结果表明lignin-g-PDLA的加入大大提升了产物的结晶速率，并且随着接枝PDLA分子量的增加，促进作用更加明显，而共混并不会影响PLLA的晶型，能够改善PLLA的抗紫外线能力。