[发明专利]一种可低温加工的聚乳酸及其制备方法

说明书

本发明属于可降解聚乳酸材料技术领域，具体涉及一种可低温加工的聚乳酸及其制备方法。本发明的可低温加工的聚乳酸是由meso‑丙交酯与D,L‑丙交酯共聚制成。本发明提供的新型聚乳酸具有低温加工的性能，这极大地降低了聚乳酸材料的加工难度和生产成本，提高了加工聚乳酸的安全性，降低生产成本，有利于聚乳酸材料的应用和推广，具有很高的应用潜力。

技术领域

本发明属于可降解聚乳酸材料技术领域，具体涉及一种可低温加工的聚乳酸及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(Poly(lactic acid),PLA)是以乳酸为原料合成的可降解高分子材料，在自然环境中可被完全降解为二氧化碳和水。高分子量的PLA具有力学性能优良，易加工，产品光泽度、透明度等感观性能良好的优点。因此，PLA是传统聚合物工业中最突出的完全生物可降解材料，常用于替代一些目前常用的石油基塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，是解决日益严重的白色污染问题的最优秀材料。目前为响应国家的号召，减少不可降解塑料的使用，PLA的应用前景将会更广阔，其需求量将会进一步扩大。

高分子量PLA的合成方法主要是两步法，即首先以乳酸为原料合成丙交酯，丙交酯再开环聚合(Ring-opening Polymerization,ROP)形成高分子量PLA。在传统的工艺中，用于合成聚乳酸的丙交酯中的meso-丙交酯通常作为杂质被去除掉，这增加了PLA的生产成本。

PLA制品的加工常采用热加工方式。例如，聚(L-乳酸)(PLLA)的加工温度高达200℃，聚(D,L-乳酸)(PDLLA)的加工温度也达170℃。由于PLA的水解敏感性和热降解性，因此，高温加工过程必然伴随分子链断裂，也可加速PLA原料中痕量水和加工环境水汽所引起的水解降解。这导致PLA分子量降低、分子量分布变宽，其结果是严重影响PLA制品的性能。此外，随着3D打印技术的快速发展，3D打印已从工业产品制造、个性化治疗、术前规划等应用向家庭应用、儿童教育应用等方面产品的拓展，家庭用3D打印机、3D打印笔等正在流行。PLA作为一种可降解的生物安全性材料，无疑成为家庭、教育3D打印应用的主要原料。然而，PLA的高温加工特点，导致其在家庭等日常环境的应用中易发生烫伤的危险，这是PLA在家庭等日常环境中应用的一大障碍。

因此，开发出具有低温加工性能的聚乳酸材料就非常的必要。Kolstad等(Journalof applied polymer science,1996,62(7):1079-1091)发现，在PLLA中引入少量的meso-丙交酯单元后，由于meso-丙交酯与L-丙交酯共聚产生的非结晶区增加了共聚物分子排列的无序性，从而使所得PLA的熔点(T_m)与PLLA相比，降低了20℃到50℃，该PLA可以在150℃到180℃进行加工。然而，150℃到180℃仍然是较高的加工温度，不利于材料的进一步推广应用。此外，该工艺仅适用于PLLA，而对于PLA类材料中的另一大类无定型聚合物PDLLA，目前还缺少降低加工温度的相关研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种可低温加工的聚乳酸及其制备方法，其目的在于：提供一种新的可低温加工的聚乳酸材料，其是一种无定型材料，加工温度可降低至105～120℃。

一种可低温加工的聚乳酸，所述聚乳酸由重复单元A、重复单元B、重复单元C和重复单元D组成；

其中，所述重复单元A为

所述重复单元B为

所述重复单元C为

所述重复单元D为

所述重复单元A与所述重复单元B的摩尔百分数之和为3％～74％，所述重复单元C与所述重复单元D的摩尔百分数之和为97％～26％；

所述重复单元A与所述重复单元B的摩尔比为任意比例，所述重复单元C与所述重复单元D的摩尔比为1:1。