高性能聚乳酸立体嵌段共聚物的合成与结构研究

聚乳酸（PLA）是一类重要可再生的生物可降解高分子材料，左旋聚乳酸（PLLA）与右旋聚乳酸（PDLA）混合可以形成聚乳酸立体复合物（sc-PLA），其熔点可达230℃，很大程度上提高了PLA的性能，然而在共混物中，PLLA与PDLA会发生相分离，会降低sc-PLA的机械性能。嵌段共聚能够有效提高不相容聚合物链段的相容性，本项目将通过带有羧端基PLLA与带有羟端基PDLA偶合反应，合成一系列结构明确的AB、ABA、BAB型聚乳酸立体嵌段共聚物（sb-PLA），预期将可以有效遏制PLLA和PDLA链段的相分离，使得sb-PLA既具有类似sc-PLA的高热稳定性的特点，同时也具有良好的机械性能。同时，将利用WXAD、SAXS、TEM、AFM、IR及电子衍射等手段，对所合成的立体嵌段共聚物的不同结晶形态和结晶取向有序结构及外部影响因素进行深入研究，为制备高性能聚乳酸材料提供理论和实验依据。

左旋与右旋聚乳酸（PLLA与PDLA)共混可形成立体复合物，其熔点达230 °C，显示了广泛应用前景，但高分子量的PLLA与PDLA共混，总伴随聚乳酸单独结晶的形成，降低了产物的性能。在该项目的资助下，先合成了不同分子量，不同构型的线性及多臂聚乳酸，设计了不同线性PLLA/PDLA共混物，三臂PLLA/线性PDLA及三臂PLLA/PDLA共混物，研究了共混物中立体复合结晶的变化规律。结果表明：所有共混物中聚乳酸均优先形成，PLA的分子量高达一定程度时，均发生相分离，除立体复合物结晶外还出现聚乳酸单独结晶。共混物中三臂聚乳酸含量增加，相分离的总分子量逐渐增加，但每个臂的相分离分子量逐渐减小；采用两步法合成了线性及多臂PLLA-b-PDLA嵌段共聚物，嵌段共聚物中立体复合物的结晶性能比相应共混物低，多臂嵌段共聚物的结晶性能进一步下降。组成相近的线性嵌段共聚物与线性聚乳酸等摩尔比共混，除立体复合物外，还形成聚乳酸单独结晶，而四臂嵌段共聚物仅与PDLA共混才形成少量聚乳酸单独结晶。通过不同结构，不同分子量的聚乳酸共混物的结晶性能研究，为其成型加工提供了指导。