聚乳酸:对不同结构对耐热改性影响的简单分析
分子链的立体结构直接决定了聚乳酸材料的性能,比如热性能、阻隔性、力学性能等等。纯的PLLA和PDLA都是热塑性半结晶聚合物,结晶度高达40%,材料显得硬而脆,也因此不好加工。
而PDLLA由于D-乳酸和L乳酸在分子链中是随机排列,破坏了链结构的规整性,因此是透明的非晶型聚合物。
此外,光学异构的PLLA和PDLA之间,由于它们之间的强相互作用会发生立构复合,形成熔点更高、结构更致密、结晶速率更快的PLA立构复合物,特点之一就是耐热性大幅提高。
一、PLLA几乎占据98%以上市场份额,乳酸原料是关键
聚乳酸的三种光学异构体中,左旋聚乳酸(PLLA)是目前工业规模化生产的主要产品。
根据IHS Markit出版的《化学经济学手册——乳酸及其盐和酯》(2018年9月)的数据显示,全球市场需求以 L-乳酸为主,纯 D-乳酸全球市场需求仅约2000吨。
乳酸的工业化生产以生物发酵法为主,因此,庞大的 L-乳酸市场需求使得对L-乳酸生产菌株的开发技术、产业化应用极为成熟,而D-乳酸发酵生产的研究仍然处于起步阶段。
二、聚乳酸的立构复合耐热改性备受关注,PDLA异军突起
PDLA的性能和PLLA不相上下,但两者等比例混合形成的立构复合物却能带来大幅度的性能改变,比如耐热性。
2003年,Yamane等发现聚L-乳酸和聚D-乳酸的立体共聚物比单纯的聚L-乳酸有更高的熔点,聚L-乳酸的熔点大约为180℃, 而聚L-乳酸和聚D-乳酸的立体共聚物熔点能够达到230°C,这一实验结果使工业界对D-乳酸的生产产生了巨大的兴趣。
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