[发明专利]聚乳酸立构复合物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸立构复合物材料的制备方法。

背景技术

在当今全世界的石油资源日益枯竭，自然环境日益恶化的情况下，寻找对环境友好的材料，发展非石油基聚合物便迫在眉睫，成为目前研究开发的热点。聚乳酸(PLA)以可再生的植物资源为原料经过化学合成制备，摆脱了对石油资源的依赖，且具有良好的可堆肥性、生物降解性，在环境中降解为二氧化碳和水，不会对环境形成污染。此外聚乳酸塑料在工农业生产领域应用广泛，良好的生物相容性还使其成为重要的生物医用材料，因此聚乳酸材料具有广阔的发展前景，其研究与生产备受瞩目。但是聚乳酸本身的一些性能还有待提高，如聚乳酸的耐性性能差，通过注射成型方法得到的聚乳酸制品的热变形温度(HDT)只有58℃左右，这极大地限制了聚乳酸的应用领域，急需采取措施使其耐热性得到改善。

Yoshito Ikada等将L-聚乳酸(PLLA)和D-聚乳酸(PDLA)混合得到一种聚乳酸的立构复合物(SC)，两种构型相反的分子链之间产生一种强烈的相互作用偶合在一起，使得PLA的熔融温度(Tm)从180℃上升到230℃，为改善PLA的耐热性提供了一条新颖有效的途径。Hideto Tsuji等利用在浓溶液中溶解沉淀的方法，将预先制备的PLLA和PDLA溶解于二氯甲烷中，混合后倒入甲醇溶液中搅拌沉淀，沉淀产物真空烘干后得到SC-PLA。Hideto Tsuji等还用稀溶液浇铸成膜的方法制备SC-PLA，将分子量较低的PLLA和PDLA预聚物配成稀溶液，搅拌混合后浇铸到平玻璃板上，令溶剂在室温下挥发，干燥后得到所需产物。通过溶液制备的方法操作简便，但是后处理较为复杂，成本较高，产率较低，不易于大规模工业生产。Katarzyna Majerska等以丙交酯为原料进行定向选择聚合，在聚合第一阶段采用手性(S)-SBO₂Al-OR作为引发剂，第二阶段添加(R)-SB(OH)₂进行第二步的聚合，制备的SC-PLA也使熔点得到提高。这种方法对定向聚合过程中催化剂的选择要求较高，且制备的产物容易消旋化。本发明的研究思路与上述研究思路不同，本发明采用直接熔融缩聚方法制备PLLA和PDLA预聚物，然后利用熔融共混生成SC结构，再利用固相聚合提高了产物的分子量，最终得到了耐热性好、分子量高的聚乳酸立构复合物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业简单、易于工业化生产、耐热性好的聚乳酸立构复合物材料的制备方法。

本发明提出的聚乳酸立构复合物材料的制备方法，采用直接熔融缩聚方法分别制备聚左旋乳酸(PLLA)和聚右旋乳酸(PDLA)预聚物，然后利用熔融共混生成聚乳酸立构复合物(SC-PLA)，再利用固相聚合提高了产物的分子量。具体步骤如下：

(1)将L-乳酸原料加入到三颈反应釜中，机械搅拌作用下抽真空，在80～110℃的温度下脱水2～4小时，待体系内水汽明显减少后，升温至120～150℃进行聚合反应，反应时间为4～6小时，得到L-乳酸的齐聚物PLLA，冷却后加入催化剂进行直接熔融缩聚，持续减压，以5～20℃/h的升温速度从140℃开始升温，最终在160～180℃反应6～10h，得到Mw＝8×10³～3×10⁴的PLLA预聚物；

(2)将D-乳酸原料加入到三颈反应釜中，机械搅拌作用下抽真空，在80～110℃的温度下脱水2～4小时，待体系内水汽明显减少后，升温至120～150℃进行聚合反应，反应时间为4～6小时，得到D-乳酸的齐聚物PDLA，冷却后加入催化剂进行直接熔融缩聚，持续减压，以5～20℃/h的升温速度从140℃开始升温，最终在160～180℃反应6～10h，得到Mw＝8×10³～3×10⁴的PDLA预聚物；

(3)将步骤(1)中得到的PLLA和步骤(2)得到的PDLA预聚物等量加入到反应釜中，在氮气保护下加热到180～200℃，使预聚物完全熔融，机械搅拌使两种预聚物充分混合，熔融1～3h；熔融产物冷却后磨成颗粒大小均一的粉末进行固相聚合，在140～170℃反应20～30h，反应过程中共混物始终保持粉末状态，颗粒不融不粘结，最终得到所需的聚乳酸立构复合物，产物重均分子量Mw为8×10⁴～2.8×10⁵。

本发明中，所述的聚乳酸预聚物通过直接熔融缩聚方法得到，后处理工艺简单，所得产物纯净，生产成本低。