[发明专利]一种聚乳酸成核剂、其制备方法及其控制形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸成核剂、其制备方法及其控制形貌的方法。

背景技术

聚乳酸是一种结晶高分子，其结晶度、晶型组成以及晶体形貌是决定最终制品性能的重要因素。精确、便捷地制备具有特定结晶结构的聚合物样品，对于改善聚合物材料性能，在工业上制定合理的工艺技术，以及对于聚合物结晶结构的理论研究上具有重要意义。通常情况下，聚乳酸的晶体形貌为球晶，直径几十至几百微米，分布并不均匀。对于力学性能而言，球晶聚乳酸制品较脆，抗冲击强度低，可通过改变其晶体形貌，从而提高其抗冲强度，以便减小制品脆性。当聚乳酸作为功能材料使用时，将聚乳酸晶体形貌由球晶变为串晶、扇晶或树枝状晶，可赋予材料新的声、光、电性能。因此，晶体形貌的控制对材料十分重要，可拓宽材料的使用范围。文献检索发现，中国专利CN201110266060.4设计了一种通过加工条件的控制来调控等规聚丙烯(iPP)本体结晶结构的方法，可以控制聚丙烯球晶的大小、结构等，通过选择不同的自成核温度，可实现对聚丙烯结晶行为及结晶结构的调控，而其方法在精细化工等领域有着广泛的应用前景。中国专利CN201110069601.4提供了一种壳聚糖纤维增强聚乳酸复合材料的制备方法，从宏观上看，使用单一甲壳素纤维或者单一改性甲壳素纤维对聚乳酸进行增强，达到比较高的弯曲强度，性能上提高显著；从微观结构看，其制品中的基体树脂聚乳酸形成了伸直链片晶、纤维晶或者串晶，是导致制品性能提高的内在原因。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚乳酸成核剂。

本发明的目的之二在于提供该成核剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供该成核剂控制聚乳酸形貌的方法。

控制聚乳酸结晶形貌的方法在于所使用的成核剂、成核剂添加量及制品处理工艺。上述用于控制聚乳酸结晶形貌的成核剂需要具备以下性能：

1.成核剂的熔点高于聚乳酸，且与聚乳酸的相容性好，成核剂能够在加工过程中完全或部分熔融或溶解于聚乳酸基体。在冷却过程中，可从聚乳酸基体中析出，先于聚乳酸结晶。

2.成核剂能够自组装成独特的各种超结构形态。

3.成核剂自身具有较快的结晶速率。

4.成核剂具有较高的热稳定性。

针对上述原则，我们所合成的成核剂在结构上具有如下特点：

1.引入苯环，不但可以增强成核剂的熔点，而且加大了其电子云密度，增强成核剂与聚乳酸之间的电子共轭作用，从而达到提高聚乳酸结晶的目的。

2.引入酰胺键，可以使得成核剂与聚乳酸之间形成强烈的氢键作用，从而增强聚乳酸的结晶。

3.引入对称结构，可以进一步加强该类成核剂的结构特点。

       根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种聚乳酸成核剂，其特征在于该成核剂的结构式为：

其中n=2—8。

一种制备上述的聚乳酸成核剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

(1). 将C₆—C₁₂的烷基二元羧酸，在N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)的催化作用下与二氯亚砜反应，烷基二酰氯；

(2). 将苯甲酰肼溶于DMF溶剂中，添加催化剂用量的三乙胺，真空下逐滴加入步骤a所得的二酰氯，从而得到二酰苯甲酰肼；经分离纯化，得到聚乳酸成核剂。

上述的烷基二元羧酸为己二酸、癸二酸或十二二酸。

一种控制聚乳酸针形貌的方法，采用上述的成核剂，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将聚乳酸、成核剂按99:1的质量比进行熔融共混，；

b.根据所需要的晶体形貌选择以下之一的热处理工艺：

b-1.将步骤a所得共混材料淬火至室温，随后以40℃/min的升温速率升温至140~160℃进行第一次热处理，保温1~5分钟；再将材料置于110~130℃温度下进行第二次热处理，保温30秒~3分钟；获得聚乳酸串晶；

b-2.将步骤a所得共混材料缓慢冷却至120~140℃进行第一次热处理，保温1~5分钟；再将材料置于105~115℃温度下进行第二次热处理，保温30秒~3分钟；获得聚乳酸扇晶；

b-3.将步骤a所得共混材料淬火至室温，随后以40℃/min的升温速率升温至100~110℃进行第一次热处理，保温1~5分钟，再将材料置于105~115℃，保温30秒~3分钟；获得均匀细化的聚乳酸晶粒。。