[发明专利]具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚乳酸材料及其制备技术领域，具体涉及一种采用低温高压成型技术来制备具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品及其制备方法。

背景技术

自合成高分子诞生以来，高分子材料就以其优异的综合性能迅速发展成为人类赖以生存的三大材料之一。然而，由于传统高分子材料的合成单体主要来源于石油，使用后又无法在自然环境中快速降解，因而在高分子材料的工业化生产和大规模应用的情况下，在极大地方便了人类生活的同时，也使得有限的石油资源被过度消耗，生态环境被废弃塑料严重污染。因此，开发以可再生资源为原料、可生物降解的高分子材料来替代传统的石油基高分子材料成为近年来国内外高分子材料领域的研究热点。

聚乳酸(PLA)是一种极具发展潜力的环境友好型绿色高分子材料，不仅其合成原料可完全来源于玉米等生物可再生的植物资源，使用后又可在自然环境中降解为无毒无害的二氧化碳和水，不会对环境造成污染，在工业包装、生物医药等领域已有大量应用。然而，由于其结晶速率非常慢，在常规的熔融加工成型过程中难以结晶，因此，所得制品通常呈非晶态，耐热性很差(热变形温度与玻璃化转变温度相当，只有55℃左右)。添加高效成核剂虽可通过加快结晶速率赋予制品较高的结晶度，但较低的熔点(150-170℃)导致其耐热性远低于传统石油基工程塑料，这就大大限制了PLA在对耐热性要求较高的应用场合的使用。

采用立构复合技术虽然可有效改善PLA的耐热性，即将左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)这两种构型相反的手性分子链可并排紧密堆砌而成高熔点的立构复合型聚乳酸(sc-PLA)，并使其熔点达到230℃，也就是比均聚物各自形成的单组份(hc)晶体的熔点可高出约50℃。此外，与单纯的PLLA和PDLA相比，sc聚乳酸还表现出更加优异的机械性能和耐水解性能，具有非常重要的应用价值。

立构复合型聚乳酸(sc-PLA)制品一般来说可通过溶液法和熔融法来加工成型。但采用溶液法成型sc-PLA制品时，需使用大量有毒溶剂(二氯甲烷、三氯甲烷等)，且制备工艺复杂、耗时长、效率低，加工环境恶劣，因此不适合大规模工业化生产。熔融加工虽然是常规工业化生产高分子制品最为实用也最为常用的手段，但对于制 备sc-PLA制品来说，一方面由于高分子量(重均分子量大于1×10⁴)sc-PLA材料的熔融稳定性很差，即经再熔融加工后，难以在制品中再形成高纯度(95％以上)的sc晶体，极易引起sc-PLA的相分离，导致失去使用立构复合型聚乳酸材料的意义，另一方面，当在sc-PLA的熔点以上进行熔融加工时，也极易引起聚乳酸的严重降解，使所得制品的机械性能、耐热性能等大幅度下降，sc-PLA的性能优势得不到发挥。此外，还会使所获的聚乳酸制品的透明性很差，限制了其应用范围。因此，开发一种可工业化规模制备具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品的有效途径和方法十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品的制备方法，该方法工艺简单高效、易于工业化。

本发明的另一目的是提供一种由上述方法制备的具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品。

本发明提供的具有高结晶度的立构复合型聚乳酸透明制品的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)将粉末状的立构复合型聚乳酸(sc-PLA)干燥至含水率低于200ppm；

(2)将干燥后的粉末状立构复合型聚乳酸放入用于制品成型的密闭腔体内，利用高压设备于150～220℃、0.1～2.5GPa的条件下保压0.1～4.5h即可。

以上方法中所用的立构复合型聚乳酸既可参见文献(Wei Yang et al.,Polymer,2012,53,5449-5454)所公开的熔融共混物法来制备，也可参见文献(Bing Na et al.,Macromolecules,2014,47,347-352)所公开的溶液共混-共沉淀法来制备，且所用的左旋聚乳酸的重均分子量为1×10⁴～5×10⁵g·mol、光学纯度≥92％，右旋聚乳酸的重均分子量为1×10⁴～5×10⁵g·mol、光学纯度≥92％。

以上方法中所用高压设备为水压机、油压机或者其它加压设备中的任一种。

以上方法中成型温度优选160-210℃，压力优选0.5-1.5GPa，保压时间优选0.5-3h。