高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法

摘要

本发明公开了一种高分子量聚乳酸立构复合物制备方法，是将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸按重量比80∶20～20∶80进行混合；并将混合物料于转矩流变仪中在140～210℃条件下混合，混合转速为10～120r/min，混合时间为1～60mim，即完成了高分子量聚乳酸立构复合物的制备。本发明中的混合温度下，聚乳酸未发生塑化或未完全塑化，而未发生塑化或未完全塑化的聚左旋乳酸与聚右旋乳酸分子链间具有强烈的相互作用，从而在高分子量聚乳酸中形成高含量的，甚至是全部的立构复合物。本发明所述的制备方法较已有方法具有极大优势，尤其突出表现在方法的简单、效率高、产品应用价值广等方面。

权利要求

1.一种高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法，其特征在于：

将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸按重量比80:20~20:80进行混合；并将混合物料于转矩流变仪中在140~210℃条件下混合，在该混合温度下，聚乳酸未发生塑化或未完全塑化，混合转速为10~120r/min，混合时间为1~60mim，即完成了高分子量聚乳酸立构复合物的制备；

所述的聚左旋乳酸的相对分子质量为1万~50万、光学纯度大于90%，聚右旋乳酸的相对分子质量为1万~50万、光学纯度大于90%。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在聚左旋乳酸与聚右旋乳酸混合前，将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸进行干燥，干燥后聚左旋乳酸与聚右旋乳酸的含水率低于250ppm。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述的干燥采用真空干燥，干燥时间为

4~48h、干燥温度为60~140℃、真空度小于1000Pa。

说明书

高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法。

背景技术

[0002] 进入21世纪以来，塑料导致污染和石化资源问题已经成为世界范围关注的焦点，以生物质和天然资源为原料的可持续发展的生物可降解高分子材料成为世界共同瞩目的研究与应用发展方向。

[0003] 聚乳酸(PLA)是目前合成生物可降解高分子材料中应用最大的品种，将逐渐部分取代聚烯烃广泛应用于通用塑料领域。但是聚乳酸本身的一些性能还有待提高，如聚乳酸的耐热性能差，通过注射成型方法得到的聚乳酸制品的热变形温度只有58℃左右，这极大地限制了聚乳酸的应用范围。目前主要通过提高聚乳酸结晶度，与耐热型聚合物进行共混、辐射交联、纳米复合等方法来提高聚乳酸的耐热性，而采用立构复合技术是近年来发展耐热性聚乳酸的方向。

[0004] 聚左旋乳酸和聚右旋乳酸形成的聚乳酸立构复合物，由于其特有的晶体结构，熔点比各自均聚物的熔点高出50℃，有效地提高了聚乳酸的耐热性。同时这种立构复合结构使聚乳酸的力学性能、结晶性能、耐水解性等也得到提升。

[0005] 然而，聚乳酸立构复合物的形成受到聚左旋乳酸与聚右旋乳酸混合比例(最佳混合比例为等重量比，为聚左旋乳酸/聚右旋乳酸体系的组成全部为立构复合物的前提条件)，成型方法(最常用的为溶液浇铸方法和熔体共混方法)及聚乳酸本身分子量等因素的限制。一般情况下，聚左旋乳酸/聚右旋乳酸体系中既形成立构复合结构晶体，又形成各自的均聚物晶体。当选用最佳混合比例(重量比1∶1)，采用溶液浇铸方法形成组成全部为立构复合物时其聚乳酸分子量上限为40000g/mol，而采用熔体共混方法时仅为6000g/mol。大量研究工作表明，溶液制备方法较熔体共混方法更有利于形成立构复合物。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。

[0006] 同时，采用溶液制备和熔体共混方法时，由于其对聚乳酸分子量的限制，低分子量聚乳酸制备的立构复合物呈脆性，限制了聚乳酸立构复合物的应用范围。CN101712763A公开了采用直接熔融缩聚方法制备聚左旋乳酸和聚右旋乳酸预聚物，然后利用熔融共混生成立构复合结构，再利用固相聚合提高产物的分子量的方法。

发明内容

[0007] 本发明提供一种高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法。本发明提供的制备方法工艺简单可行，克服了以往聚乳酸立构复合物制备方法在聚乳酸分子量、聚左旋乳酸与聚右旋乳酸混合比例、成型方法等方面的限制，较已有制备方法(溶液制备方法、熔体共混方法)具有极大优势。

[0008] 本发明提供的高分子量聚乳酸立构复合物制备方法包括以下技术方案：

[0009] 将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸按重量比80∶20～20∶80进行混合；并将混合物料于转矩流变仪中在140～210℃条件下混合，混合转速为10～120r/min，混合时间为1～60mim，即完成了高分子量聚乳酸立构复合物的制备。

[0010] 更进一步的方案是：在聚左旋乳酸与聚右旋乳酸混合前，将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸进行干燥，干燥后聚左旋乳酸与聚右旋乳酸的含水率低于250ppm。

[0011] 更进一步的方案是：所述的干燥采用真空干燥，干燥时间为4～48h、干燥温度为60～140℃、真空度小于1000Pa。

[0012] 更进一步的方案是：所述的聚左旋乳酸的相对分子质量为1万～50万、光学纯度大于90％，聚右旋乳酸的相对分子质量为1万～50万、光学纯度大于90％。

[0013] 本发明中，转矩流变仪为所有工业用转矩流变仪，是本领域的常规仪器，目前使用比较普遍的转矩流变仪包括多种型号的哈克转矩流变仪，上海科创型号为XSS-300的转矩流变仪，BRABENDER转矩流变仪，哈博电气制造公司的型号为RM 200的转矩流变仪等等。由于所有转矩流变仪的原理相同，因此采用何种转矩流变仪不影响本发明的效果。

[0014] 本发明中，混合温度为140℃～210℃，在该混合温度下，聚乳酸未发生塑化或未完全塑化。而未发生塑化或未完全塑化的聚左旋乳酸与聚右旋乳酸分子链间具有强烈的相5
互作用，从而在高分子量聚乳酸(分子量远高于10g/mol)中形成高含量的，甚至是全部的立构复合物。

[0015] 本发明具有以下优点：

[0016] 1.采用本发明所述的高分子量聚乳酸立构复合物制备方法，可在高分子量聚乳酸5
(分子量远高于10g/mol)中形成高含量，甚至是全部的立构复合物。

[0017] 2.在采用熔体共混方法和溶液制备方法仅能形成立构复合结构晶体和均聚物晶体的聚乳酸分子参数条件下，采用本发明所述的制备方法制备的聚乳酸中组成全部为立构复合物。

[0018] 3.采用本发明所述的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法，可在聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的混合比例为非等重量比的条件下形成组成全部为立构复合结构的晶体，突破了制备聚乳酸立构复合物时聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的混合比例限制。

[0019] 4.采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸，其总结晶度(约50％)显著高于熔体共混方法(22.4％)及溶液制备方法(35.4％)所制备的聚乳酸。结晶度的增加可提高聚乳酸的耐热性。

[0020] 5.采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸立构复合物，其熔点(约230℃)高于熔体共混方法(218.9℃)及溶液制备方法(213.9℃)所得立构复合物的熔点，从而使得聚乳酸的耐热性进一步提高。

[0021] 6.本发明所述的制备方法工艺简单可行。

[0022] 7.本发明所述的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法为进一步提高聚乳酸耐热性，改善聚乳酸的力学性能、结晶性能和耐水解性，从而进一步扩大聚乳酸应用范围提供了基础。

[0023] 8.本发明所述的制备方法较已有方法(溶液制备方法、熔体共混方法)具有极大优势，尤其突出表现在方法的简单、效率高、产品应用价值广等方面。

附图说明

[0024] 图1为本发明实施例1至3及对比例的DSC熔融曲线；

[0025] 图2为本发明实施例4至6及对比例的DSC熔融曲线。

具体实施方式

[0026] 下面给出实施例以对本发明进行具体的描述。其中实施例1～3中聚左旋乳酸和聚右旋乳酸混合比例为等重量比，实施例4～6中聚左旋乳酸和聚右旋乳酸混合比例为非等重量比。所有实施例及对比例的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸均在同等条件下进行了真空干燥，干燥后聚左旋乳酸与聚右旋乳酸的含水率低于250ppm。且聚左旋乳酸的相对分子质量为1万～50万、光学纯度大于90％，聚右旋乳酸的相对分子质量为1万～50万、光学纯度大于90％。

[0027] 实施例1

[0028] 重量比为50∶50的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为140℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未发生塑化，所得样品采用示差扫描量热仪(DSC)以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图1。

[0029] 实施例2

[0030] 重量比为50∶50的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为180℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未发生塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图1。

[0031] 实施例3

[0032] 重量比为50∶50的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为210℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未完全塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图1。

[0033] 实施例4

[0034] 重量比为60∶40的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为160℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未完全塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图2。

[0035] 实施例5

[0036] 重量比为70∶30的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为160℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未完全塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图2。

[0037] 实施例6

[0038] 重量比为80∶20的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为160℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂未完全塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图2。

[0039] 对比例1

[0040] 重量比为50∶50的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂在转矩流变仪中进行共混，共混温度为220℃，转速为40r/min，共混时间为15min。制备过程中树脂完全塑化，所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图1、图2。

[0041] 对比例2

[0042] 重量比为50∶50的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸树脂分别溶于二氯甲烷溶剂中，经溶液共混后进行浇注成膜。所得样品采用DSC以10℃/min加热至250℃熔融，其结果见表1及图1、图2。

[0043] 表1.实施例1～6及对比例1～2中由DSC熔融曲线所得的参数

[0044]

[0045] 注：Tcc为冷结晶峰温，ΔHcc为冷结晶热焓，Tm为熔融峰温，ΔHm为熔融热焓，Xc为总结晶度，1代表均聚物晶体，2代表立构复合结构晶体(即立构复合物)。

[0046] 由图1和表1可见，在聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的混合比例为等重量比的条件下，采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸中全部为立构复合物(实施例1～3)，而采用熔体共混方法和溶液制备方法时聚乳酸中既含有立构复合结构晶体，又含有各自的均聚物晶体(对比例1、2)。且采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸的总结晶度(约50％)显著高于熔体共混方法(22.4％)及溶液制备方法(35.4％)所制备的聚乳酸，其熔点(约230℃)高于熔体共混方法(218.9℃)及溶液制备方法(213.9℃)所得立构复合物熔点。

[0047] 由图2和表1可见，在聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的混合比例为非等重量比的条件下，采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸中立构复合物的含量很高(实施例4～6)，即使在聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量比为80∶20的条件下(实施例6)，其立构复合结构晶体的熔融热焓仍高于等重量比的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸采用熔体共混方法(对比例1)所得到的立构复合结构晶体的熔融热焓，且与等重量比的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸采用溶液制备方法(对比例2)所得到的立构复合结构晶体的熔融热焓相当。特别是聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量比为60∶40条件下(实施例4)，采用本发明所述的制备方法制备的高分子量聚乳酸中晶体组成仍全部为立构复合物。