基于“一步”反应共混和结晶调控制备高性能立构复合聚乳酸/弹性体共混物的基础研究

批准号:
51873129
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
白红伟
依托单位:
学科分类:
E0303.高分子材料加工与成型
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
邓世豪、何世文、李向力、董澎、刘振伟
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中文摘要
左旋聚乳酸(PLLA)与右旋聚乳酸(PDLA)的立构复合(SC)为聚乳酸(PLA)工程塑料的开发提供了可能。然而,由于立构复合聚乳酸(SC-PLA)的脆性大、熔融稳定性很差(在熔融过程中PLLA/PDLA分子链对极易分离,导致所得SC-PLA制品中难以形成高含量的SC晶体),无法满足应用需求。与弹性体共混是提高SC-PLA韧性的一种简单有效的方法,而基体结晶又是影响共混物性能的关键结构因素。基于此,本项目创新性地提出通过“一步”反应性熔融共混在共混物熔体中形成梳形接枝共聚物(少量PLLA/PDLA分子链接枝到部分弹性体分子链上)、进而大幅改善基体熔融稳定性的新方法,并在微纳尺度上实现对SC-PLA基体结晶形态与结构的有效调控,深入研究基体结晶对共混物性能影响的规律,最终建立通过反应共混和结晶调控来制备高性能SC-PLA/弹性体共混物的理论框架,为SC-PLA工程塑料的定构加工提供新思路。
英文摘要
Stereocomplexation between enantiomeric poly(L-lactide) (PLLA) and poly(D-lactide) (PDLA) provides a robust solution for developing eco-friendly polylactide (PLA) engineering plastic with superb physicochemical properties. However, the practical applications of stereocomplex-type PLA (SC-PLA) have been significantly hindered by its inherent brittleness and poor melt stability (PLLA/PDLA chains would be decoupled from their helical pairs after complete melting and thus it is challenging to fabricate SC-PLA products containing high-content SC crystallites). Blending with various elastomers is a facile but effective method to enhance the toughness of SC-PLA and the matrix crystallization plays a key role in determining the blend performance. In this project, we propose a new strategy to substantially improve the melt-stability of SC-PLA matrix through reactive melt blending, where some PLLA/PDLA chains could be grafted onto elastomer chains and thus forming comb-like grafting copolymers. After tailoring crystal morphology and structure of the SC-PLA matrix at micro- and nanoscale levels, the influence of the matrix crystallization on the blend performance will be investigated, and finally a theory framework for preparing high-performance SC-PLA/elastomer blends through reactive blending and crystallization manipulation will be set up. After completing this project, it is expected to develop a new route for direct structuring SC-PLA-based engineering plastics.
立构复合聚乳酸(SC-PLA)具有耐高温、耐水解降解等优异性能,在绿色工程塑料领域具有重要应用前景。然而,其成型加工与应用却受到脆性大、熔融稳定性差等缺点的严重限制。本项目从弹性体增韧SC-PLA出发,提出了利用“一步”反应性熔融共混原位构筑的梳形接枝共聚物实现对左旋聚乳酸/右旋聚乳酸(PLLA/PDLA)分子链的有效增容(即增强链间相互作用、抑制微相分离)、进而改善熔融稳定性的新策略,围绕“接枝共聚物构筑—熔融稳定性改善—结晶调控—结晶对共混物性能影响—新应用探索”这一主线,开展了以下几方面的研究工作:(1)采用反应性熔融共混将少量PLLA/PDLA分子链接枝到部分弹性体或加工助剂的分子链上形成“双接枝”共聚物,分析了共聚物形成与立构复合间相互竞争的动力学行为及其关键影响因素(如温度、催化剂浓度等),实现了在共混物中 “定构”结构可控的共聚物;(2)明确了共聚物结构与基体熔融稳定性之间的关系及相关作用机制,精确调控了基体的结晶组成、结晶度、结晶形态等结晶参数,研究了基体结晶对共混物性能影响的规律,并从链缠结的角度揭示了SC结晶影响增韧效率的分子机理,获得了综合性能优异的SC-PLA/弹性体共混物;(3)探索了采用3D打印技术制备形状复杂的高品质SC-PLA制品的可行性。这些研究结果不仅为基于接枝共聚物构筑和结晶调控来设计和制备高性能SC-PLA共混物构建了新的方法和理论框架,而且为SC-PLA材料的应用奠定了一定基础,具有重要的理论意义和实用价值。.在本项目的资助下,已发表SCI论文9篇,获授权中国国家发明专利3件,参加国际学术会议1次、国内学术会议9次,培养博士研究生2人、硕士研究生5人、本科生12人。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Toward all stereocomplex-type polylactide with outstanding melt stability and crystallizability via solid-state transesterification between enantiomeric poly(L-lactide) and poly(D-lactide)
通过对映体聚(L-丙交酯)和聚(D-丙交酯)之间的固态酯交换反应,获得具有优异熔融稳定性和结晶性的全立体络合物型聚丙交酯
DOI:10.1016/j.polymer.2020.122850
发表时间:2020-09-28
期刊:POLYMER
影响因子:4.6
作者:Li, Xiangli;Yang, Dongsheng;Fu, Qiang
通讯作者:Fu, Qiang
Mixing of Racemic Poly(L-lactide)/Poly(D-lactide) Blend with Miscible Poly(D,L-lactide): Toward All Stereocomplex-type Polylactide with Strikingly Enhanced SC Crystallizability
外消旋聚(L-丙交酯)/聚(D-丙交酯)共混物与可混溶的聚(D,L-丙交酯)的混合:实现具有显着增强的SC结晶性的所有立体络合物型聚丙交酯
DOI:10.1007/s10118-021-2588-x
发表时间:2021-06-15
期刊:CHINESE JOURNAL OF POLYMER SCIENCE
影响因子:4.3
作者:Ju, Yi-Long;Li, Xiang-Li;Fu, Qiang
通讯作者:Fu, Qiang
Stereocomplex-type polylactide with remarkably enhanced melt-processability and electrical performance via incorporating multifunctional carbon black
通过掺入多功能炭黑显着增强熔融加工性能和电性能的立体络合物型聚丙交酯
DOI:10.1016/j.polymer.2019.122136
发表时间:2020-02
期刊:Polymer
影响因子:4.6
作者:Liu Zhenwei;Ling Fangwei;Diao Xingyuan;Fu Meirui;Bai Hongwei;Zhang Qin;Fu Qiang
通讯作者:Fu Qiang
A generalizable strategy toward highly tough and heat-resistant stereocomplex-type polylactide/elastomer blends with substantially enhanced melt processability
一种可推广的策略,旨在实现高韧性和耐热立体络合物型聚丙交酯/弹性体共混物,并显着增强熔融加工性能
DOI:10.1016/j.polymer.2021.123736
发表时间:2021-04-12
期刊:POLYMER
影响因子:4.6
作者:Deng, Shihao;Yao, Ju;Fu, Qiang
通讯作者:Fu, Qiang
Substantially Enhanced Stereocomplex Crystallization of Poly(L-lactide)/Poly(D-lactide) Blends by the Formation of Multi-Arm Stereo-Block Copolymers
通过形成多臂立体嵌段共聚物显着增强聚(L-丙交酯)/聚(D-丙交酯)共混物的立体络合物结晶
DOI:10.3390/cryst12020210
发表时间:2022-02-01
期刊:CRYSTALS
影响因子:2.7
作者:Diao, Xingyuan;Chen, Xiaonan;Bai, Hongwei
通讯作者:Bai, Hongwei
通过分子链“配对混合”调控立构复合聚乳酸熔体稳定性的基础研究
- 批准号:52373044
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:白红伟
- 依托单位:
粉末冶金启迪的立构复合型聚乳酸低温烧结成型新方法研究
- 批准号:51673133
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:白红伟
- 依托单位:
利用立构复合晶体调控的界面强度与基体结晶实现聚乳酸/弹性体共混物的高性能化
- 批准号:21404075
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:白红伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金
