[发明专利]具有熔融稳定性的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有熔融稳定性的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，塑料导致污染和石化资源问题已经成为世界范围关注的焦点，以生物质和天然资源为原料的可持续发展的生物可降解高分子材料成为世界共同瞩目的研究与应用发展方向。聚乳酸（PLA）是目前合成生物可降解高分子材料中应用最大的品种，将逐渐部分取代聚烯烃广泛应用于通用塑料领域。但是聚乳酸本身的一些性能还有待提高，如聚乳酸的耐热性能差，通过注射成型方法得到的聚乳酸制品的热变形温度只有58℃左右，这极大地限制了聚乳酸的应用范围。目前主要通过提高聚乳酸结晶度，与耐热型聚合物进行共混、辐射交联、纳米复合等方法来提高聚乳酸的耐热性，而采用立构复合技术是近年来发展耐热性聚乳酸的方向。

聚左旋乳酸（PLLA）和聚右旋乳酸（PDLA）形成的聚乳酸立构复合晶体（sc），由于其特有的晶体结构，熔点较其均聚物形成的单组份晶体（hc）高出50℃，有效地提高了聚乳酸的耐热性。同时这种立构复合结构使聚乳酸的力学性能、结晶性能、耐水解性等也得到提升。

然而，聚乳酸立构复合物的形成受到成型方法（最常用的为溶液浇铸方法和熔体共混方法）及聚乳酸本身分子量等因素的限制。一般情况下，PLLA/PDLA体系中既形成sc，又形成hc。当选用最佳混合比例（重量比1:1），采用溶液浇铸方法形成完全的sc而不含hc时其聚乳酸分子量上限为40 000 g·mol^-1，而采用熔体共混方法时仅为6000 g·mol^-1。大量研究工作表明，溶液制备方法较熔体共混方法更有利于形成sc。同时，采用溶液制备和熔体共混方法时，由于其对聚乳酸分子量的限制，低分子量聚乳酸制备的立构复合物呈脆性，限制了聚乳酸立构复合物的应用范围。

工业生产中，聚合物的熔融加工更为普遍。然而，对于高分子量PLA，PLLA/PDLA熔体加工的冷却结晶过程中难以形成大量或完全的sc，并且已经形成的sc的记忆效应较差，经过熔融之后sc很难重新形成。sc重新形成的能力随PLA分子量的增加而减弱。数均分子量高于10⁴ g·mol^-1的PLA形成的完全的sc经过熔融冷却结晶，同时形成sc和hc；只有PLA数均分子量低于10⁴ g·mol^-1时，仅有立构复合晶体形成。因此，由于工业应用中熔融加工的巨大需求，通过高分子量PLA制备具有良好熔融稳定性的立构复合晶体对于立构复合晶体的广泛应用非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有熔融稳定性的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法，本方法简单有效，能够克服聚乳酸立构复合物在熔融稳定性、聚乳酸分子量、熔融加工等方面的限制。

本发明提供的具有熔融稳定性的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照如下重量比准备聚左旋乳酸、聚右旋乳酸和增塑剂聚乙二醇：

聚左旋乳酸：聚右旋乳酸=50:50至80:20

聚乙二醇占聚左旋乳酸和聚右旋乳酸总重量的1%至30%；

（2）将聚左旋乳酸、聚右旋乳酸、聚乙二醇分别溶于有机溶剂，待完全溶解后在强力搅拌条件下进行混合并溶液浇铸，并将溶液浇铸样品进行真空干燥；

（3）溶液浇铸的样品经真空干燥后在氮气保护条件下以100℃/min的速率快速升温至230至270 ℃，等温2min后以10℃/min的速率进行缓慢冷却。

更进一步的方案是：所述步骤（1）中的PLLA的重均分子量为1至50万、光学纯度大于90%，PDLA的重均分子量为1至50万、光学纯度大于90%。

更进一步的方案是：所述步骤（1）中的聚乙二醇的分子量为200至20000 g·mol^-1。

更进一步的方案是：所述步骤（3）中的等温温度为270 ℃。

本发明具有以下优点：

1. 增塑剂的添加可有效降低PLLA/PDLA共混物的玻璃化转变温度。

2. 与熔融冷却过程相比，增塑剂对溶液浇铸过程中sc的形成的影响较小，溶液浇铸过程中sc与hc同时形成。

3. 增塑剂的添加可极大的提高熔融冷却过程中高分子量PLA的结晶能力。