[发明专利]具有优异低温流动性的高性能立构复合聚乳酸材料及其制备方法

说明书

本发明公开的一种具有优异低温流动性的高性能立构复合聚乳酸材料及其制备方法，该材料是将高熔点立构复合型聚乳酸和低熔点立构复合型聚乳酸在室温下进行预混后，再经熔融共混而成，其在220℃的温度下测得的剪切粘度为3.8×10²～1.8×10³Pa.s，且其在220℃的温度下经注塑成型得到SC‑PLA制品的结晶度为45.8～57.3％，维卡软化点为192.2～227.3℃，断裂强度为60.9～72.5MPa。本发明公开的材料既可以在不高于220℃的温度下进行挤出或注塑成型，又可保证获得的SC‑PLA制品材料具有较高的力学性能和耐热性能，且工艺简单高效、易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于立构复合聚乳酸及其制备技术领域，具体涉及一种具有优异低温流动性的高性能立构复合聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是目前应用最为广泛和最有发展前景的生物基可降解高分子材料之一。由于PLA具有生物相容性、生物可降解性、较高的透明性以及优异的力学强度等特点，因此被大量地应用于生物医用材料以及包装材料等领域。然而，尽管其力学强度与尼龙、聚碳酸酯以及聚甲醛等工程塑料相当，但是由于 PLA的结晶速率很慢，采用一般注塑成型的方法制得的制品结晶度是很低的，耐热性也非常差，热变形温度只有60℃左右，这就极大地限制了其在工程领域的应用。近年来，立构复合型聚乳酸(SC-PLA)的出现为PLA材料的工程化应用提供了新的思路。

SC-PLA是由等量的左旋聚乳酸(PLLA)与右旋聚乳酸(PDLA)共混而得到的一种PLA材料。在SC-PLA中，PLLA与PDLA的分子链以肩并肩的形式相互配对、并在分子间氢键作用下紧密堆砌形成立构复合(SC)晶体。这种SC 晶体的熔点约为230℃，比PLLA或PDLA各自结晶形成的均质(HC)晶体的熔点高出50℃。大量SC晶体的形成可以显著改善PLA的耐热性，同时SC晶体还可以有效提高PLA的力学性能、热稳定性、耐水解性和耐久性等性能。

SC晶体的形成与PLA重均分子量的大小密切相关。当PLLA或PDLA的重均分子量较低时(小于等于1×10⁴g.mol^-1)，容易在熔融结晶过程中形成高含量的SC晶体。但是，当PLLA或PDLA的重均分子量较高时(大于1×10⁴g.mol^-1)， SC-PLA中在形成SC晶体的同时往往会伴随大量HC晶体的生成，最终导致SC 晶体的优异性能无法得到充分发挥。而在实际的应用当中，只有当PLA的重均分子量较高时才能制备得到力学性能较好的制品。因此，为了制备兼具高耐热性、优异力学强度的SC-PLA制品，就必须设法在高分子量SC-PLA制品中来提高SC晶体的结晶度及相对含量才能满足要求。否则，就只能另辟蹊径来满足要求了。如CN103965493 A就在熔融共混制备高分子量SC-PLA材料的过程中采用了固态微交联的技术，以对SC-PLA的非晶区PLLA与PDLA分子链进行选择性微交联，所形成的这种微交联的结构就可以将PLLA与PDLA分子链通过化学键连接起来，从而保证在将SC-PLA材料重新熔融加工制备SC-PLA制品的过程中， SC晶体中配对的PLLA和PDLA分子链不被破坏，在冷却时重新形成大量的高纯度和高含量的SC晶体，进而有效提高SC-PLA制品的耐热性。但是在将 SC-PLA材料熔融加工过程中，为保证熔融成型时SC-PLA的流动性，加工温度要在SC晶体熔点(～230℃)以上(一般不低于240℃)，在高温下又会导致 SC-PLA制品力学性能等的严重降低。这是因为PLA分子主链中含有大量对温度敏感的酯键，在高温下酯键容易断裂而导致PLA分子量降低。