[发明专利]高压成型提高聚乳酸结晶度的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种提高聚乳酸结晶度的高压成型方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是由可再生的植物资源(如玉米)所提炼出的淀粉原料制成的，其使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，是公认的环境友好型材料(Auras R，et al.Macromolecular Bioscience，2004，4：835-864)。此外，聚乳酸是一种应用广泛的工程塑料，由于它具备良好的熔融可加工性、力学强度和适宜的阻隔性能，在产品实际应用领域具有十分广阔的前景。但是聚乳酸由于较慢的结晶动力学，其在通常的挤出或注塑成型加工后，往往表现出无定形的状态。较低的结晶度使得聚乳酸在高于玻璃化转变温度(～56°C)的情况下承受外界压力时，仅有少量的晶区能够有效承担载荷，从而最终导致产品的耐热性差、力学性能不足，这些缺点使其应用受到了极大的限制。因此，扩大聚乳酸实际应用领域所要克服的最大瓶颈就是提高其结晶度(Hongbo Li，et al.Polymer，2007，48：6855-6866)。

近年来，国内外对如何促进聚乳酸的结晶进行了较为广泛的研究，也提出了多种方法以提高聚乳酸的结晶度。其中，添加结晶成核助剂(如滑石粉，蒙脱土，淀粉等)是一种最常用的方法(Sarazin P，et al.Polymer，2008，49：599-609)，它通过加快聚合物成核速率从而提高结晶度，但这种方法存在的问题是在实际操作过程中成核剂会在聚合物中大量团聚，因此分散不均匀。此外，还有大量的研究表明退火可以完善聚合物的结晶行为，尤其是当冷却速率较慢时，长时间的缓慢冷却给予分子链充足的时间排入晶格，最终导致其规整度和结晶度明显提升(Pan，P.J.，et al.Macromolecules，2008，41：4296-4304)。然而，这种方法意味着生产效率的降低，不适合聚乳酸的批量化生产。迄今为止，由于聚乳酸较长的结晶诱导时间以及较慢的晶体生长速率，通过上述两种方法得到的聚乳酸制品能够达到的最大结晶度皆不超过40％(Li，Y.-L.，et al.Journal of Polymer Science，Part B：Polymer Physics 2009，47：326-339)。

作为另一种可以改善聚合物结晶的方法，高压成型可使聚合物具备更高的立构规整度和结晶度，从而提高材料的力学性能和热性能，近年来成为了人们研究的热点。据报道，高压结晶聚乙烯的结晶度高达90％，明显优于通常加工条件下获得的样品(Robert M，et al.Macromolecules，2008，41：8086-8094)；此外，对结晶能力较差的聚合物，如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，其在高压条件下成型的产品的结晶度也能够达到60％左右(Liangbin Li，et al.Polymer,2001，42：8867-8872)。综上所述，高压成型非常有利于聚合物结晶度的提高，然而迄今为止，有关聚乳酸高压结晶的研究却未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乳酸的高压成型方法，提高聚乳酸产品的结晶度。

本发明的目的是采用如下的手段实现的。

一种高压成型提高聚乳酸结晶度的方法，包含以下工艺步骤：

(1)将聚乳酸颗粒置于真空烘箱中，烘箱温度为60°C，干燥时间为12小时，直到水分重量含量小于0.01％。

(2)将步骤(1)中干燥后的聚乳酸粒子置于高压模具中进行高压成型：先升温至190°C消除热历史，再以2.5°C/分钟的速度缓慢冷却至成型温度，之后在氮气保护的环境中完成施加高压成型并维持一定时间进行等温结晶，待温度降至室温后卸压制备目标聚乳酸制品。

本发明方法为高结晶度的聚乳酸制备提供了合理的工艺条件和路线，在选定的工艺条件的协同作用下，分子链的排列更加有序规整，聚乳酸在一定的成型压力及成型温度下发生结构重排，形成有利于材料结晶度提高的微观结构，并有效克服其耐热性差、力学性能不理想等缺陷，提高聚乳酸产品的结晶度从而进一步扩大聚乳酸制品的实际应用领域。