含柔性链段的嵌段共聚物调控聚乳酸纤维的结构和性能研究

The toughness and thermal stability are two bottlenecks for the application poly(lactic acid) (PLLA) fibers, which severely restrict their application. This project focuses on the structure mediation and properties of PLLA fibers modified by a PDLA-b-PEG-b-PDLA triblock copolymer. The main contents include: (1) the formation and evolution of multi-level microstructures during stretching and annealing will be systematically investigated with advanced in-situ characterization techniques. The interaction mechanism between stereocomplex crystals, α crystals and the soft chains under external fields will be elucidated. (2) On basis of the above results, PLLA fibers with different microstructures will be prepared by regulating the blend composition and melt spinning process. The effects of stereocomplex crystals and soft chains on the properties including thermal stability, toughness and strength will be explored systematically. The research will bring new understanding of synergistic enforcing mechanism considering stereocomplex crystals and soft block of the triblock copolymer in the blend. Meantime, flexible PLLA fibers with excellent thermal stability will be obtained. The output of the project will provide a technical reference for preparing modified biodegradable polymers with excellent properties.

聚乳酸（PLA）纤维的韧性和耐热性差是制约其发展的两大瓶颈，如何改善其综合性能成为该领域的研究重点。本项目以右旋聚乳酸（PDLA）与软段聚乙二醇（PEG）的三嵌段共聚物（PDLA-b-PEG-b-PDLA）为改性剂，开展左旋聚乳酸（PLLA）共混纤维的结构和性能研究。主要内容包括：（1）采用先进的原位表征技术，系统研究PLLA/PDLA-b-PEG-b-PDLA共混物在拉伸和热处理条件下的多级微观结构的形成机制，重点阐明立构晶、α晶以及软段在应力条件下的相互作用机制；（2）根据理论研究结果，调控共混物的组成和熔融纺丝工艺，制备出不同结构的PLLA共混纤维，探讨立构晶和软段在材料耐热、韧性、强度等性能上所发挥的作用，阐明立构晶和软段协同提高PLLA纤维性能的机理。通过上述研究，获得对含柔性链段的嵌段共聚物协同改性PLA机理的新认识，实现耐热的柔性PLA纤维制备，拓宽生物可降解材料的改性途径。

聚乳酸（PLA）纤维是生物可降解型绿色纤维的代表性品种，但其性脆、耐热性差，严重制约其在纺织服装领域的应用。本项目以含柔性链段的右旋聚乳酸（PDLA）为改性剂，系统探索其对左旋聚乳酸（PLLA）的结构和性能的影响，以期制备出耐热且柔软PLA纤维。研究的主要成果包括：（1）构建出含柔性链段的PDLA共聚物的链结构对PLLA结构和性能的影响，为PLA纤维的结构调控提供理论支撑；（2）探究出立构晶与柔性链段对PLA在拉伸过程中微观结构演化规律的影响，重点阐明了立构晶、α晶以及软段在应力条件下的相互作用机制；（3）在上述理论研究的基础上，通过调控纺丝加工条件，成功制备出耐热且柔软的PLLA纤维，并阐明立构晶和软段在材料耐热、韧性、强度等性能上所发挥的作用。与企业合作，开发出不同风格的绿色PLA面料；（4）采用熔融复合纺丝的方法成功制备出具有三维卷曲性能的PLLA和低熔点聚乳酸（LM-PLA）并列复合纤维，可应用于保暖服装；（5）采用绿色环保的辐照改性技术，赋予PLLA织物润湿抗菌等功能，拓展其应用领域。另外，在上述PLLA纤维和织物开发的基础上，进一步拓展项目的研究内容，系统探索PLLA/PDLA(50/50，wt%)立构复合纤维的结构形成机制，调控出高取向、高立构晶含量的PLLA纤维，使纤维的熔点从160oC提升至220oC以上，耐热变形温度从130oC提高至200oC左右，耐热性显著提升。项目成功开发出的具有自主知识产权的PLLA纤维及其面料可大幅度提高其在服装、家用纺织品上应用时的安全、舒适和功能性水平，提高产品的附加值及竞争力，推动绿色环保材料的应用，具有显著的社会效益。项目执行过程中，发表科技论文19篇，其中SCI文章11篇，EI文章3篇，核心中文期刊5篇，申请中国发明专利4项，PCT专利1项，授权中国发明专利5项。