立体复合型聚乳酸新生低温烧结粉末：聚甲基丙烯酸甲酯在调整粉末颗粒之间的界面结晶中的作用
摘要：虽然由聚L-丙交酯/聚D-丙交酯(PLLA/PDLA)形成的立体复合型聚丙交酯(SC-PLA)作为突出的工程生物塑料具有巨大的应用潜力，但用它来生产有用的产品仍然是具有挑战性的。最近，低温烧结已成为生产透明高结晶SC-PLA产品的一种可行的和有前途的加工技术。在SC-PLA初期粉末烧结过程中，相邻颗粒之间的界面可以通过交叉扩散PLLA和PDLA链产生SC结晶从而结合在一起。然而，由于快速结晶导致的链间扩散不足，大量产生的界面定位SC晶粒受到了明显的破坏。在本工作中，采用可混溶的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通过从根本上降低SC结晶速率，大大促进了链间扩散。随着PMMA的加入，PLLA/PDLA链的结晶大大减速，从而使更多的对映体PLA链在结晶前通过界面相互扩散。此外，PMMA还有利于致密新生粉末的颗粒润湿，使对映体链更容易在界面上相互扩散，促进的链间扩散导致新产生的SC晶体的数量明显增加，从而产生界面强度。因此，在不影响透明度的情况下，采用9 wt%PMMA制备了具有优异热机械性能和明显增强水解电阻的烧结SC-PLA产品。这些发现为SC-PLA产品的工业制造和应用提供了良好的预兆。
关键词：聚丙交酯；立体复合物；聚甲基丙烯酸甲酯；烧结界面
1 引言
聚乳酸(PLA)是一种日益流行的生物质基和可生物降解的热塑性聚酯，具有良好的生物相容性、高的机械强度和硬度、良好的可加工性以及低的合成成本。如今，它已经被越来越多的使用于各种各样的商品，如生物医学和包装薄膜等。然而，PLA的工程应用很大程度上受到了一些限制，包括耐热性不足和耐水解性等。Tsuji等人第一次发现混合聚L-丙交酯(PLLA)和聚D丙交酯(PDLA)产生立体配合物(SC)微晶。由于两个对映异构体之间具有典型的互补手性分子间的相互作用，立体复合型PLA(SC-PLA) 与其母体PLA相比具有明显的耐热性和水解性。值得注意的是，SC-PLA的软化温度可以显著提高到200℃左右，因为SC微晶的熔化温度(Tm)大约为60℃，高于普通的PLA均晶(HC)的160-180℃。在PLLA/PDLA共混物的结晶和加工过程中SC晶粒的产生受到PLLA/PDLA摩尔比、光学纯度以及分子量(Mw)的强烈影响。从热力学的观点来看，具有高光学纯度的等摩尔PLLA/PDLA共混物只能结晶为具有高水平的结晶度和熔化温度的SC微晶。不幸的是，尽管有理想的熔体加工性和力学性能，但高分子量(gt;1times;105 g/mol)的PLLA/PDLA共混物始终表现出较弱的SC结晶性，这主要是由熔体记忆差和结晶动力学障碍所致。在这方面，在PLLA/PDLA共混熔体冷却时，SC结晶通常与同质结晶竞争，优先生成大量HC，会大大降低熔融加工的SC-PLA产品的理化特性。
到目前为止，已经设计了一些有效的方法来刺激高分子量PLLA/PDLA共混物中生成高含量SC微晶，但是在升高的熔融加工温度(gt;250℃)下对映体PLA链发生广泛的热降解，会极大地阻碍高性能SC-PLA产品的制造。近年来，低温烧结(低于SC微晶的熔化温度但高于HC的熔化温度)已被确立为一种创新且有效的加工技术，可用于将高分子量的SC-PLA新生粉末转变为具有高结晶度的透明SC-PLA产品而不会引起任何不良的热降解。低温烧结过程包括两个步骤，包括在高压(例如1 GPa)下使新生的SC-PLA粉末致密化，以允许粉末颗粒之间的界面润湿和润湿颗粒的烧结，通过从相邻颗粒中相互扩散的PLLA/PDLA链的SC结晶将其界面焊接在一起，界面焊接强度和由此产生的产品性能主要取决于使界面紧密结合的新生成的SC微晶的数量。由于相互扩散和SC结晶同时竞争参与，因此通过界面的PLLA/PDLA链之间的不充分扩散显著削弱了足够数量的新SC晶体的生成。如果SC结晶在对映体PLA链段界面之间的有限相互扩散后立即发生，则先前生成的SC微晶可以充当物理交联剂，从而进一步抑制链的相互扩散，因此只有很少的界面局部SC微晶可以生成。在我们以前的工作中，通过从根本上降低SC结晶速率和促进足够的链间扩散，已证明降低对映体PLA链的光学纯度可有效产生大量界面局部的SC晶体。但是降低光学纯度不可避免地导致SC微晶的熔化温度明显下降，这表明在最终的SC-PLA产品中会生成更薄的SC薄片，这将不能使获得的SC-PLA产品用于需要出色耐热性和耐水解性的各种工程应用中。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种广泛应用的具有优异的光学透明性和持久的耐用性工程塑料。由于PMMA与PLA具有良好的相容性，因此利用PMMA来调节高分子量PLLA和PLLA/PDLA共混物的结晶行为和性能引起了广泛的兴趣。具体来说，引入PMMA可以显著提高PLLA的耐水解性。Samuel等人研究表明，可混溶的PMMA链的存在不仅能减缓PLLA的结晶速度，而且能刺激PLLA/PDLA共混物中生成大量的SC微晶。在这一贡献中，少量PMMA被掺入高分子量的PLLA/PDLA共混新生粉末中，目的是制备具有优异性能的低温烧结SC-PLA产品，该产品具有优异的热机械性和抗水解性，同时保持适当的透明度。预计在新生粉末颗粒的烧结过程中，PMMA对PLLA/PDLA链的SC结晶的减速效应可以使整个颗粒界面发生足够的链相互扩散，从而产生能够牢固地桥接界面的块状SC微晶。除了增强界面焊接强度外，耐用的PMMA的存在也可以大大抑制最终SC-PLA产物的水解降解，正如预期的那样，证明了PMMA在调节界面SC结晶和产品性能方面的重要作用。结果表明，与PMMA的溶液混合可能是一种生产明显增强热机械性能和耐水解性的低温烧结SC-PLA产品的可行且强大的策略。
2 实验部分
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
