淀粉原料经由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。聚乳酸具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利,是公认的环境友好材料。
聚乳酸也称为聚丙交酯(polylactide),属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。
聚乳酸的热稳定性好,加工温度 170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性,因此用途十分广泛,可用作包装材料、纤维和非织造物等,目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业 (建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。
通过柔性组分与PLA熔融共混是增韧PLA常用的有效手段。但是,PLA共混增韧体系往往会导致PLA高透明性这一优点的丧失,严重地限制PLA在高附加值包装领域的应用。
针对这一问题,中石油石油化工研究院院张坤玉团队与天津大学潘莉教授合作在该领域持续攻关,基于折光指数匹配原理,发展一系列结构与性能可调控的新型生物基离聚物弹性体,结合共混改性策略,开发了集高抗冲、高透明和抗菌性于一体的绿色聚乳酸基材料。
相关成果近期发表在International Journal of Biological Macromolecules和Polymer等期刊,并申请相关专利。
前期工作中团队设计合成了聚醚离聚物弹性体,通过调控离聚物的折光指数使之与PLA匹配,可以制备具有高延展性和高透明性的PLA材料。近期,团队针对PLA/离聚物共混材料冲击韧性改善效果不理想的问题,发展了多元共混和离聚物组合调控策略等,成功开发出具有优异韧性、透明性和抗菌性的PLA共混材料,为聚乳酸的高附加值应用拓展带来新的思路。
Fig. 1 PLA/ionomer/PEG Multiphase blend
虽然可以向共混物中引入低分子PEG可以改善共混物的冲击韧性,但也存在小分子向表面迁移的问题。为了解决上面存在的问题,我们近期进一步通过调控离聚物弹性的模量和玻璃化转变温度等性能,结合共混物界面增容、增韧改性与折光指数匹配原则,成功开发出集优异韧性、透明性和抗菌性于一体的PLA基新材料。
Fig. 2 PLA,poly(ionic liquid)-b-polylactide copolymer and bio-based ionomers blends.
来源:功能纺织