聚乳酸微晶材料的制备及性能研究

Poly lactic acid (PLA) due to its excellent physical and chemical properties, brilliant biocompatibility and safety， has become the most cost-effective biodegradable materials. Although there is a broad market space in terms of heat food containers, either transparency or heat resistance of PLA cannot meet the requirements. Therefore, the multi-arm poly D-lactic acid (PDLA) was used to blending with poly-L-lactic acid (PLLA) to form micro crystallite, aimed at developing both transparency and heat resistance of PLA material. First, the different specifications multi-arm PDLA was synthetized, at the presence of microcrystalline nucleating agent and crosslinking agent, blended with the different grades PLLA, inducing the formation of nano-sized stereocomplex crystallites, to obtain a high transparency and heat resistance stereocomplex PLA material. Then the mechanical performances were measured. The crystalline polymer transparency assessment system was established to measure the pros and cons of PLA transparency. According to crystallization behavior, the preparation of microcrystalline PLA was optimized to form a microcrystalline PLA material processing.

聚乳酸（PLA）由于其优良的理化性能、优异的生物相容性和安全性，已成为最具性价比的新型可降解材料。但由于目前PLA的透明和耐热性能还无法满足要求，因此大大限制了其在耐热食品容器方面的广泛应用。本项目采用多臂聚D乳酸（PDLA）与聚L乳酸（PLLA）复合的方法，通过控制聚乳酸结晶的尺寸，开发透明性和耐热性兼具的微晶聚乳酸材料。首先合成不同规格的多臂PDLA，在微晶结晶成核剂的作用下，与不同牌号PLLA共混，诱导聚乳酸形成纳米尺寸的立体复合物微晶，得到具有透明和耐热双重特性多臂聚乳酸的立体复合物，并对其进行机械性能分析和热力学分析，从而建立一套结晶聚乳酸透明性的评价体系来衡量聚乳酸透明性的优劣。最终通过控制结晶规律来进一步优化微晶聚乳酸的制备过程，提高聚乳酸复合物的热变形温度和透明度，形成一套完整的微晶聚乳酸材料的加工工艺。

聚乳酸（PLA）是一种完全可生物降解、具有优良力学性能的生物高分子材料，在白色污染日益严重的今天备受关注。但聚乳酸耐热温度低，限制了其使用范围。本文针对聚乳酸耐热温度低、结晶速度慢、结晶之后透明性差的问题，对左旋乳酸（PLLA）进行耐热改性和立构复合的研究，旨在改善聚乳酸的耐热性能和光学影响行为。. 首先，针对聚乳酸结晶性慢，结晶透明性差的问题，一种生物相容和生物降解的5臂PLLA材料用于改性线性的PDLA，选择高分子量的PLLA与PDLA，以便材料具有足够的强度来满足工业上的需求，如食品包装袋、膜、电纺丝和其它功能性材料的应用。通过涂膜的方法制备立体物薄膜，在薄膜的基础上进行性能的测试，断裂伸长率高达99%，明显高于其他的PDLA和PLLA系统。从广角WAXD和DSC的测试结果看，当5-臂PLLA的含量超过30%时即可制备出接近完全的立体复合物的样品。DMA曲线表明，PDLA/5-臂PLLA系统当5-臂PLLA的含量超过30%时，表现出更好的耐热性能。TEM照片显示，随着5-臂PLLA含量的增加，微晶的尺寸从0.5-1微米下降到100-200纳米。主要是由于两者形成的复合物结晶、5-臂PLLA的分支点形成类似于3D的交联结构，表现出更高的强度。当拉伸的强度足够大时，复合物结晶的尺寸很小，为纳米级别，结晶之间会发生相对的滑动，因此表现出较高的断裂伸长率。. 又针对聚乳酸产品耐热性差的问题展开研究，在工业级线性PLLA的基础上，通过玻纤（GF）共混、与聚右旋乳酸（PDLA）立构复合、结晶控制等方法对PLLA进行耐热改性，研究了PLLA/GF和PLLA/PDLA/GF体系的组成、结晶行为和耐热性能之间的关系，并开发了玻纤改性聚乳酸立构复合材料的制备工艺，得到耐热性能大幅提高的PLLA/PDLA/GF复合材料。