[发明专利]一种聚乳酸快速结晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚乳酸改性技术领域，尤其是指一种聚乳酸快速结晶的方法。

背景技术

当前，随着工农业对石油资源消耗的不断增加，各种依赖石油的不可降解塑料用量也在不断增加，造成严重的白色污染，给社会可持续发展带来巨大挑战。聚乳酸是一种以可再生植物资源为原料经化学合成制备的生物降解性高分子材料，不仅摆脱了对石油资源的依赖，生产制造过程造成的环境负荷小，而且具有良好的可堆肥性、化学惰性和生物可降解性，是最具有前途的生物降解高分子材料之一，其降解产物二氧化碳和水可以返回自然界，重新加入到植物的光合作用过程中，从而使地球上的碳循环维持平衡。另外，聚乳酸的力学强度、加工性、防渗透性、光泽度和透光度与聚丙稀和聚苯乙烯相似，目前已经研发出注塑级、薄膜级、片材级、纤维级和医用级等不同工业用途的聚乳酸，其中注塑级聚乳酸可以替代传统塑料用于餐饮、包装、电子和汽车等行业，并且不会造成环境污染，其市场需求量巨大。因此，在强调低碳经济和可持续性发展的今天，聚乳酸越来越受到人们的重视。

当前制约聚乳酸实际应用的主要瓶颈在于聚乳酸较慢的结晶速率，致使其成型时间过长。因此，提高聚乳酸结晶速率对于解决聚乳酸的应用问题具有重要意义。目前，提高聚乳酸结晶速率主要有三种解决办法：第一种是加入成核剂，它能降低成核的表面自由能垒，因而在高冷却速度下促进结晶；第二种是加入增塑剂，它能提高聚合物链的迁移性能，通过降低链迁移能来提高结晶速度。最后一种是改变成型条件，特别是成型温度和成型时间。添加增塑剂对聚乳酸结晶性能有所提高，但是效果并不明显，此外增塑剂的使用也大大增加了聚乳酸的生产成本；而在注射成型时通过设定比较高的模具温度、延长冷却时间来提高聚乳酸的结晶性能，无疑会增加能耗，延长成型周期，不利于高效生产，因此，提高聚乳酸结晶速率可行的工业化方法是添加结晶成核剂。专利JP1999-106628使用蜡作为聚乳酸结晶成核剂，然而，该结晶成核剂与聚乳酸相容性不好，容易析出，导致实际添加量减少，晶核形成不充分。专利US6417294通过添加脂肪族羧酸胺、脂肪族羧酸盐、脂肪醇及脂肪族羧酸脂等复合成核剂到聚乳酸基体中，获得具有透明性及结晶性的聚乳酸产品。但是由于成核剂为小分子量的有机化合物，与聚乳酸制成母料或产品后容易逸出。滑石粉是一种广泛使用的成核剂，专利JP1997-25345A添加质量分数为15％MWHS-T滑石粉作为结晶成核剂(平均粒径2.75μm)，再添加质量分数为1％的芥酰胺，其结晶溶解热焓与结晶热焓绝对值之差达到了25J g^-1以上，用XRD测定制品结晶度大于35％，130℃以下的半结晶时间低于20min。最近，专利CN101423625A采用具有还原作用的磷化合物金属盐作为聚乳酸树脂快速结晶的成核剂，其磷化合物金属盐为含有三价磷或磷氢键的亚膦酸化合物金属盐、次亚膦酸化合物金属盐和次膦酸化合物金属盐中的一种或多种混合。该结晶成核剂在促进结晶的生长、细化晶体尺寸的同时，效果较好，结晶速度较快、具有较强的抗氧化、耐热性、抗水解性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚乳酸快速结晶的方法。

本发明的目的之二在于提高聚乳酸的结晶速率。利用双酰胺化合物与聚乳酸分子间形成的相互作用来提高其结晶成核能力，从而获得一种结晶速率快，生产成本低的改性聚乳酸。

本发明的目的之三在于在加快聚乳酸结晶速率的同时，由于有机成核剂与聚乳酸相容性好，使改性聚乳酸力学性能有所提高，避免了无机矿物成核剂与聚乳酸相容性差而导致的材料力学性能下降的缺陷。

为实现以上目的，本发明以半结晶的聚乳酸为主要原料，采用如下技术方案：

一种聚乳酸快速结晶的方法，该方法通过加入新型有机结晶成核剂来缩短聚乳酸的结晶时间，其特征在于该方法具有以下工艺过程：以质量百分比计，将半结晶型聚L-乳酸90～99％、有机结晶成核剂0.1～10％、热稳定剂0.1～1.0％、润滑剂0.05～1.0％、抗氧剂0.2～1.5％，各组分的质量百分比之和为100％，在高速混料机中进行均匀混合，再进行挤出造粒，即得快速结晶改性聚乳酸。

上述有机结晶成核剂为双酰胺类化合物，其双酰胺化合物可由通式(1)表示。制备得到的双酰胺化合物纯度要求不小于97％，含水量不大于50ppm，粉末平均粒度不大于50μm。添加的有机结晶成核剂既可为其中的一种双酰胺化合物也可以是两种及其以上的复配型双酰胺化合物。