手性聚乳酸立体复合物的构筑及其加工性研究

将具有手性的对映异构体左旋聚乳酸（PLLA）与右旋聚乳酸（PDLA）经过共混或嵌段共聚所形成的聚乳酸立体复合物（SC-PLA）因具有较高的熔点，可大大改善聚乳酸的耐热性，展现出较大的应用潜力。本项目以开发耐热聚乳酸材料为目标，通过制备不同光学纯度的PLLA和PDLA，研究PLLA、PDLA的光学纯度对熔融共混过程中立体复合物的生成率及其结构完善程度的影响；研究不同光学纯度及其匹配的PLLA、PDLA在双螺杆挤出机共混中的相形态结构发展过程及其立体复合物构成机制；研究由光学纯度决定的聚乳酸分子链的结构和异构体的序列分布对立体复合物材料在成型加工中结构稳定性的影响，以及成型加工中的剪切流动、冷却过程对立体复合物形成及其结构的影响。建立PLLA、PDLA光学纯度-立体复合物的形态结构衍变-性能三者之间的关系；通过分子模拟提出具有不同异构体序列分布的均聚物分子链构筑立体复合物的机理。

将具有手性的对映异构体左旋聚乳酸（PLLA）与右旋聚乳酸（PDLA）经过共混所制备的聚乳酸立体复合物（stereocomplexed PLA，SC-PLA）具有较高的熔点（230oC）和较快的结晶速率，可大大改善聚乳酸的耐热性，展现出较大的应用潜力。本项目主要研究内容：1. 采用开环聚合制备D-聚乳酸（PDLA），考察PDLA结晶成核和热性能，共混制备PDLA含量较低的PLLA/PDLA共混物，研究PDLA分子量、加入比例对SC-PLA的结晶结构以及成核活性的影响。结果表明，PDLA的熔点随着光学纯度的减小而降低，当PDLA分子量远大于PLLA分子量时，形成的SC-PLA对提高PLLA的结晶速率效果更加明显。2.采用熔融共混制备具有不同光学纯度的PLLA/PDLA共混物，通过冷结晶调控PLLA/PDLA共混物的结晶结构，共混物组分光学纯度接近100%的PLLA/PDLA共混物在210oC等温冷结晶4h后具有最高的维卡软化温度（143oC）。3. 研究挤出-注塑成型工艺制备具有中等光学纯度的PLLA/PDLA共混物，结果表明PLLA、PDLA分子链之间存在的微相分离使得共混物中形成SC-PLA的结晶度降低。4. 采用转矩流变仪混炼器对PLLA和PDLA进行熔融共混，并对PLLA/PDLA共混物进行二次熔融共混，结果表明较低的熔融共混温度和较长的共混时间有利于具有更高完善程度的SC晶体的生成，等比例PLLA/PDLA共混物的加工稳定性较好，二次加工后，相同熔融温度下，共混物中SC晶体的熔点没有降低，生成率提高。5. 通过等比例PLLA/PDLA熔融共混过程中加入酯交换促进剂与抑制剂解释了PLLA/PDLA共混物熔融双峰的出现是由生成不完善SC-PLA晶体引起的。6. 采用熔融共混法制备聚乳酸基有机/无机复合材料，拓展聚乳酸复合材料在骨组织工程中的应用。发表学术期刊论文19篇，其中SCI收录论文14篇。申请公开4项国家发明专利（其中授权处理中2项）已培养毕业研究生6名。