可生物降解聚酯纳米复合多嵌段共聚物的制备及结构与性能

以可生物降解聚合物替代部分石油基聚合物是从源头上解决聚合物工业面临的环境污染和资源短缺问题的重要手段，但生产成本高及性能不足(如聚乳酸抗冲性和耐热性差、熔体强度低)两个问题阻碍了它们的发展。本项目设计一种含纳米复合聚乳酸硬段和柔性聚酯软段的可生物降解多嵌段共聚物及其(原位)熔融缩聚/二缩水甘油扩链制备方法，重点研究缩聚和扩链反应规律、共聚物的链/纳米复合/凝聚态/微相分离等多层次结构、抗冲性/耐热性/力学性能/粘弹性等性能以及结构与性能相互关系等关键科学、技术问题。该多嵌段共聚物具有含纳米复合硬段和少量长支链两个新颖的结构特征，因而将赋予其良好的结晶性/耐热性和熔体强度，其高分子量和软/硬多嵌段微相分离结构将赋予其良好的抗冲性和力学性能，其制备方法具有高效、低成本和环境友好的优点，从而有利于实现聚乳酸类生物降解聚合物的高性能化和低成本制备，实现生物降解聚合物材料及其制备方法的创新。

以生物降解聚合物替代部分非降解聚合物是从源头上解决聚合物工业面临的环境污染问题的重要手段，但生产成本高及性能不足(如聚乳酸抗冲性和耐热性差、熔体强度低)两个问题阻碍了它们的发展。. 本项目采用熔融缩聚/双扩链法，设计合成含聚乳酸硬段和柔性共聚酯软段的生物降解多嵌段共聚物，重点研究(1)结晶性聚乳酸低聚物及其纳米复合物的合成及聚乳酸缩聚过程及催化剂和成核剂、(2) 扩链反应规律、(3) PLLA-mb-PBSA多嵌段共聚物的结构-性能关系、(4) PLLA-mb-PBSA多嵌段共聚物的结晶改性和(5) 新型柔性共聚酯合成及其在多嵌段共聚物中的应用等关键科学、技术问题。. 通过引入少量二元酸或二元醇和反应时间的调控，可以制得不同分子量、不同端基的结晶性聚乳酸低聚物；通过原位熔融缩聚和搅拌条件的调控，可以制得分散均匀的聚乳酸纳米复合预聚物；通过采用有机磺酸催化剂可以有效提高聚乳酸耐热性；通过设计合成新型有机脲成核剂，有效促进了聚乳酸的结晶性；通过双扩链法，由PLLA预聚物和端羟基PBSA60预聚物成功制备出高分子量的PLLA-mb-PBSA多嵌段共聚物。该共聚物保持PLLA硬段和PBSA软段各自的玻璃化温度，表明两相之间不相容，存在微相分离结构。其硬段保持一定的结晶性，软段结晶性相对PBSA预聚物大大减弱，接近无定型态。随软段含量的增大，硬段的结晶性减弱，但PLLA链段的熔点基本保持不变。多嵌段共聚物的力学性能具有明显的组成依赖性，随软段含量的增大，依次表现为脆性塑料、韧性塑料、热塑性弹性体的性质。PLLA-mb-PBSA在全组成范围内均表现出优异的热稳定性。通过在PLLA硬段制备时加入成核剂，有效改善了PLLA-mb-PBSA中硬段的结晶性。此外，还合成了PBSF、PBAF等柔性共聚酯，在合适BF含量约为40%时，这些共聚酯比PBSA60更接近无定型态，有望用于制备更优性能的多嵌段共聚物。. 本项目研究成功的缩聚/双扩链制备方法简单高效，成本较低，合成的多嵌段共聚物的性能优异，且能在大范围内调控，在生物降解韧性塑料和热塑性弹性体领域有着广泛的应用前景。