聚乳酸:對不同結構對耐熱改性影響的簡單分析
分子鏈的立體結構直接決定了聚乳酸材料的性能,比如熱性能、阻隔性、力學性能等等。純的PLLA和PDLA都是熱塑性半結晶聚合物,結晶度高達40%,材料顯得硬而脆,也因此不好加工。
而PDLLA由於D-乳酸和L乳酸在分子鏈中是隨機排列,破壞了鏈結構的規整性,因此是透明的非晶型聚合物。
此外,光學異構的PLLA和PDLA之間,由於它們之間的強相互作用會發生立構複合,形成熔點更高、結構更致密、結晶速率更快的PLA立構複合物,特點之一就是耐熱性大幅提高。
一、PLLA幾乎占據98%以上市場份額,乳酸原料是關鍵
聚乳酸的三種光學異構體中,左旋聚乳酸(PLLA)是目前工業規模化生產的主要產品。
根據IHS Markit出版的《化學經濟學手冊——乳酸及其鹽和酯》(2018年9月)的數據顯示,全球市場需求以 L-乳酸為主,純 D-乳酸全球市場需求僅約2000噸。
乳酸的工業化生產以生物發酵法為主,因此,龐大的 L-乳酸市場需求使得對L-乳酸生產菌株的開發技術、產業化應用極為成熟,而D-乳酸發酵生產的研究仍然處於起步階段。
二、聚乳酸的立構複合耐熱改性備受關注,PDLA異軍突起
PDLA的性能和PLLA不相上下,但兩者等比例混合形成的立構複合物卻能帶來大幅度的性能改變,比如耐熱性。
2003年,Yamane等發現聚L-乳酸和聚D-乳酸的立體共聚物比單純的聚L-乳酸有更高的熔點,聚L-乳酸的熔點大約為180℃, 而聚L-乳酸和聚D-乳酸的立體共聚物熔點能夠達到230°C,這一實驗結果使工業界對D-乳酸的生產產生了巨大的興趣。
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