[发明专利]一种多臂嵌段共聚物、制备方法及其在改善左旋聚乳酸力学性能中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多臂嵌段共聚物、制备方法及其在改善左旋聚乳酸力学性能中的应用。

背景技术

随着石油资源的日益减少，传统塑料的来源变得越来越困难，导致其价格不断提升，并且塑料产品废弃后又很难在自然条件下分解，对环境造成了极大的污染。聚乳酸由于其单体来源于食物的淀粉(如玉米)，不依赖于石油资源，并且可生物降解，不存在白色垃圾问题，这就极大降低了对能源的消耗以及环境的污染。近年来聚乳酸特别是左旋聚乳酸(PLLA)有望作为传统塑料的替代者已经受到了国内外广泛的研究(Anderson K et al.Toughening polylactide.Polymer Reviews 2008，48，85-108)。左旋聚乳酸具有良好的生物相容性、生物降解性能及优良的透明性，同时具有很高的力学强度(可以与聚苯乙烯相媲美)，在日常生活以及生物医药等领域具有广泛的应用前景。但是其玻璃化温度较高(约60℃)，材料脆性大，结晶速度慢，从而延长了制品的成型加工时间，降低了生产效率。左旋聚乳酸这些性能缺陷严重得限制了其在实际中的广泛应用。因此，如何提高左旋聚乳酸的性能并实现广泛利用是目前所面临的重要课题。

目前，国内外对左旋聚乳酸改性进行了广泛的研究，比如将左旋聚乳酸与柔韧性比较好的聚合物进行接枝共聚或者嵌段共聚(Carolyn L et al.Consequences ofpolylactide stereochemistry on the properties of polylactide-polymenthide-polylactidethermoplastic elastomers.Biomacromolecules 2009，10，2904-2911)，虽然能在一定程度上改善了左旋聚乳酸的性能，但由于该化学改性方法需对现有左旋聚乳酸的生产工艺进行重新设计，需要较高的成本和时间。采用物理共混改性的方法是较为简单可行的方法。例如将左旋聚乳酸与另外一种可降解材料聚己内酯(PCL)进行共混。但共混方法的关键在于添加剂的选择。例如，以聚己内酯为高分子添加剂，由于其与左旋聚乳酸共混后存在相分离行为，因此相容性比较差，从而导致力学性能不能得到有效的提高。如果能设计新的高分子添加物，改善其与左旋聚乳酸的相容性，这将能够改善左旋聚乳酸酸的力学性能和加工性能。

立构复合晶是聚乳酸的特性。当左旋聚乳酸与右旋聚乳酸(PDLA)以一定比例共混后，可以形成一种新的晶型，称之为立构复合晶(stereocomplex)。它的熔点高于左旋聚乳酸的熔点50℃左右(Yoshito Ikada KJ et al.Stereocomplex formation betweenenantiomeric poly(lactides).Macromolecules 1987，20，904-906)。研究表明，立构复合晶具有优于左旋聚乳酸的力学性能，例如断裂伸长率及拉伸模量都有所提高(H.Tsuji.Stereocomplex formation between enantiomeric poly(lactic acid)s.XI.Mechanicalproperties and morphology of solution-cast films.Macromolecules 1999，40，6699-6708)。近几年，国际上提出一种改善左旋聚乳酸力学性能的嵌段共聚物结构，在该嵌段共聚物中分别引入柔性较好的软段，以及能够与左旋聚乳酸形成立构复合晶的右旋聚乳酸(PDLA)硬段，用以改善左旋聚乳酸的力学性能(Rathi SR et al.Effect of midblock onthe morphology and properties of blends of ABA triblock copolymers ofPDLA-mid-block-PDLA with PLLA.Polymer 2012，53，3008-3016)。除了改善左旋聚乳酸的力学性能之外，有研究表明，在一定的条件下聚乳酸立构复合晶的存在也能够作为左旋聚乳酸的成核剂，从而起到促进其结晶的作用，这样就能减少乳酸酸的结晶时间，从而提高生产效率。(Tsuji H et al.Isothermal and non-isothermal crystallizationbehavior of poly(L-lactic acid)：Effects of stereocomplex as nucleating agent.Polymer 2006，47，3826-3837)。