[发明专利]应用脉冲磁场改善聚乳酸结晶性能的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善聚乳酸(PLA)结晶性能的方法及装置。特别是一种应用脉冲磁场 改善聚乳酸(PLA)结晶性能的方法及装置。

背景技术

诸多文献表明，磁场会对物质结晶过程产生影响。如1983年，J D Donaldson研究了磁 场对海水结晶过程的影响，表明磁处理后海水结晶颗粒尺寸增大，沉淀物总量减少。1992年 日本学者K Higashitani等，用光散射方法研究了磁场对晶体对晶粒的稳定性和粒度的影响， 进一步肯定了磁场对结晶过程有显著影响。聚合物是一种软物质，易于对外场的变化做出响 应，可以通过控制外场类型和强度以改变软物质的结构形态，通过改变外场类型和强度，可 以改变和控制软物质的结构形态。1995年，Kimura首次发现PEN这种非液晶高聚物，在熔 点附近发生了磁取向，这一发现打破了人们原先认为只有液晶聚合物才受磁场作用的概念。 从1997年到2000年，Kimura陆续发现i-PS、i-PP等高聚物均可发生磁取向。近年来，Yanagiya 等人研究了磁场对于蛋白质酶结晶性能的影响；G.Sazaki等人在磁场下研究了蛋白质结晶成 核及其生长。

聚乳酸，英文名称Polylactic acid或者Polylactide，简称PLA，由生物发酵生产的乳酸经 人工化学合成而得的热塑性聚合物。不像其他的树脂必须来源于石油，聚乳酸来源于可再生 的像玉米、小麦、甘蔗等天然农作物，是一种完全绿色材料，近年来越来越受到全世界的关 注。聚乳酸是一种可降解性的生物医用高分子材料，同时具有良好的力学性能，已广泛应用 于骨科内固定器件、药物控释体系、组织工程支架材料领域。聚乳酸有四种光学异构体，其 中只有PLLA和PDLLA用于生物医用材料，PDLLA是非晶态的高分子材料，PLLA是半结 晶态的高分子材料，结晶度是影响PLA的物理性能和生物学反应(如细胞的生长和繁殖)的 重要因素，同时对PLA在生物体内的降解能力和炎症反应有很大影响，特别是对降解速度影 响较大。而不同的结晶条件可以有效的调节PLA的结晶度和微观形貌。

由于半晶性的PLA结晶速率很慢，通过注塑制得的产品常呈非晶态，大大降低了产品强 度，限制了PLA的应用。因而，提高PLA结晶速率以及改善其结晶性能，成为国内外研究 者的共同课题。据文献报道，对于聚乳酸(PLA)结晶性能优化的研究主要集中在辐照、添 加多组分、应力场(对聚合物进行定向拉伸)和温度场等方面。这些研究给出了不同的控制 聚乳酸结晶度或结晶速度的技术，但是都存在一些缺陷影响了这些技术的使用范围，如辐照 处理不环保，应力场如果超出拉升比范围会改变样品晶型，添加多组分可以提高结晶速度和 结晶度，但是可能影响最终产品特性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种应用脉冲磁场改善聚乳酸(PLA)结晶性能的方法。

本发明的目的之二在于提供实现该方法的装置。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用脉冲磁场改善聚乳酸结晶性能的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：将 聚乳酸至于脉冲磁场中，脉冲磁场强度为0.1～4特斯拉，频率为1～4次/分钟，并逐渐升高 炉温至聚乳酸的熔点；在熔点恒温5～15分钟，以10℃/min～40℃/min的速率快速降温至结 晶温度，保温60～120分钟，以30℃/min～50℃min的速率快速降温至室温。

一种应用脉冲磁场改善聚乳酸结晶性能的方法的装置，用来实现上述的应用脉冲磁场改 善聚乳酸结晶性能的方法，包括样品炉、加热炉、冷凝水管、保温绝热材料层、铜管、热电 偶和脉冲磁场装置，其特征在于所述的加热炉置于脉冲磁场装置中，加热炉的周围设置有冷 凝水管和保温绝热材料层，底部设置有热电偶；盛有聚合物样品的铜管置于可密封和进行惰 性气体保护的样品炉中，所述样品炉放置在加热炉中。

本发明成功地利用外场(脉冲磁场)改变了聚乳酸(PLA)等温结晶产品的结晶性能，如缩 短诱导期，加快成核速率，改善结晶度等。优化了现有技术中存在的缺陷，改善了聚乳酸的性 能。

附图说明：

图1为本发明中所使用之控温充磁装置。