[发明专利]植物油衍生物反应性共混制备高冲击韧性聚乳酸复合物的方法

说明书

本发明公开植物油衍生物反应性共混制备高冲击韧性聚乳酸复合物的方法。该方法采用增韧单体a上的两端羧基或羟基和羧基，与增韧单体b异氰酸酯基团进行高活性缩合反应；若增韧单体a上还含有不饱和C＝C双键则再次进行自由基交联反应，与PLA熔融共混过程中，原位生成与PLA基体相容性好、且分散均匀的生物基弹性体增韧相，最终制备得到所需产物。本发明所制备的PLA复合物不仅具有更高的生物基含量、更好生物降解性及生物相容性，而且由于增韧单体a(即含二元羧基或者同时含有一个羟基和一个羧基的二官能团植的物油基衍生物)骨架的疏水性特征，生成的PLA复合物具有更好的耐水性。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种植物油衍生物反应性共混制备具有良好环境友好性的高冲击韧性聚乳酸复合物的方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种利用乳酸或其二聚体丙交酯为原料聚合得到的热塑性脂肪族聚酯。由于乳酸单体可通过玉米或甘蔗等农产品经过发酵合成，因此PLA原料来源丰富并可再生。PLA具有良好的生物相容性和生物降解性的同时，还具有强度和模量高、透明度好、易于加工等优点，被公认为是众多化学合成类生物降解高分子塑料中最具有应用前景的“绿色”材料。然而PLA韧性很差，尤其是缺口冲击强度明显偏低(仅10～20J/m),极大限制了其在诸如汽车、电子、建筑等对冲击韧性要求较高领域的广泛应用。

与增韧剂熔融共混是最为有效、且经济可行的增韧聚乳酸的方法之一。然而，PLA与大多数聚合物增韧剂相容性欠佳，因此为了取得满意的冲击韧性效果，聚合物增韧剂往往需要与各类界面改性剂复配使用或者对其进行化学接枝改性。另外，有些PLA增韧体系还需要进行冗长的退火处理，才能取得高冲击韧性(ACS Appl.Mater.Interfaces 2012,4,897-905；Polymer 2009,50,747-751.)。单体原位反应性聚合增韧是新进发展起来的一种制备高冲击韧性PLA材料的简便且有效的方法。该增韧方法的优点在于，在PLA基体熔融状态下引入高反应活性的增韧单体，在共混过程中原位同时实现增韧剂的合成和基体中分散、界面相容化的目的。有人提出在熔融共混过程中，大分子多元醇和/或小分子多元醇与石油基多异氰酸酯单体(官能度≥2)原位缩聚反应形成聚氨酯弹性体相来增韧PLA，所得到PLA共混材料具有满意的缺口冲击性能。但是，该报道所用的增韧剂单体主要有以下三方面的缺点：(1)多元醇增韧单体多源于不可再生石油资源，因此增韧改性后的PLA材料环境友好性、生物降解性及生物相容性欠佳，限制了其在诸如生物医用材料等领域的应用，且冲击韧性仍待进一步提高以满足某些工程领域要求；(2)所用亲水性聚醚结构单元会导致PLA复合物耐水性变差(Polym.Chem.,2014,5,2530-2539；RSC Adv.,2014,4,12857-12866.)，在某些工程材料领域应用中存在性能缺陷；(3)所用增韧剂单体形成的增韧相结构为交联结构，熔体粘度显著增加(提高了一个数量级)，不利于后继的成型加工。

在众多可生物降解的生物质资源中，植物油具有原料来源丰富、分子结构柔顺以及生物相容性好等优点，是一种具有良好发展前景的聚乳酸“绿色”改性剂。现有文献和专利报道，主要是将植物油(ACS Appl.Mater.Interfaces 2011,3,3402-3410；RSC Adv.,2016,6,79542-79553；Polymer Testing 2017,59,470-477.)或其衍生物(Macromolecules2010,43,1807-1814；Macromolecules 2010,43,2313-2321；Macromolecules2016,49,1605-1615.)与聚乳酸熔融共混，以期提高后者的韧性。然而，由于植物油及其衍生物与PLA之间缺乏良好的界面相容性或反应活性，即使添加界面相容剂后，PLA冲击韧性的提高幅度仍然有限。