聚乳酸共混体系的设计与性能研究

围绕采用物理共混方法改性左旋聚乳酸（PLLA）的关键基础科学问题，以生物降解和生物相容高分子右旋聚乳酸（PDLA）、消旋聚乳酸（PDLLA）、聚己内酯（PCL）以及聚环氧乙烷（PEO）为主要结构单元，设计与精确合成构造多样（线性嵌段和星状多臂）、组成可调的高分子添加剂。采用与PLLA物理共混的方法，深入研究高分子添加剂的分子构造、化学组成和分子量等对PLLA的结晶行为、聚集态结构与形态以及热性能的影响，通过降解和力学实验，明确高分子添加剂的化学结构、聚乳酸共混体系凝聚态结构以及降解和力学性能之间的关系。本研究将阐明通过物理共混方法来改善聚乳酸性能的关键化学和凝聚态结构因素等相关基本科学问题，为聚乳酸采用共混改性方法提高性能提供理论依据和有效方法。研究结果同时可为用于聚乳酸共混改性的新功能高分子添加剂的研发提供新的设计思路。

针对PLLA 分子链柔顺性差、脆性大和耐热性差等缺陷、以及目前物理改性方法不足的研究现状，本项目提出通过设计与精确合成不同分子构造、具有生物可降解性及高分子运动性的高分子添加剂，研究高分子添加剂与左旋聚乳酸（PLLA）分子链之间的相互作用及其对PLLA聚集态结构、降解以及力学行为的影响。本项目经过三年的实验研究，基本完成了项目研究计划。. 首先成功设计合成了一系列结构与链长可控的具有生物降解性的含右旋聚乳酸（PDLA）、聚乙二醇（PEG）、消旋聚乳酸（PDLLA）以及聚己内酯（PCL）嵌段的线性与多臂嵌段共聚物，为PLLA的改性提供了几种新型高分子添加剂。通过最为经济有效的共混途径，得到了一些列PLLA的共混物并研究了嵌段共聚物的引入对PLLA结构与性能的影响。研究结果表明， PDLA嵌段长度、高分子添加剂的含量以及柔性嵌段的调节可有效调控共混物中立构复合晶的含量及形成速率，进而调控共混物的结晶速率以及球晶形貌，并提高共混物的耐热性。同时，PDLA嵌段能有效提高另一嵌段与PLLA基体的相容性，从而调控两相的微相结构，进而有利于韧性嵌段更充分地发挥作用。化学结构与聚集态结构的调控必然引起共混物性能的改变。热力学稳定的立构复合晶的降解较之PLLA晶体困难，因而聚合物的降解速率也随着复合晶含量的增加而降低，即共混物的降解速率可通过热处理条件及嵌段共聚物的组成及含量调控。同时结果表明，物理(立构复合晶)与化学交联点（多臂结构）的存在以及较好的相容性使得共混物的韧性大大提高。研究结果不仅对于克服目前聚乳酸的应用所面临的困难、而且对于丰富结晶聚合物结构性质控制的途径都是有益的。