2023-05-15 1521 蘇州和塑美
聚乳酸(PLA)是目前應用范圍最廣、最具商業前途的生物基可降解材料,但其結晶速度和結晶能力不足。導致后續加工應用難度增加,限制了PLA進一步廣泛應用。針對PLA樹脂材料的這一缺點,普立思生物科技通過獨特的分子結構設計和聚合工藝的改進,開發出了“具有自成核能力”的快速結晶PLA材料。
01結晶結構
PLA結晶主要有ɑ、β和γ三種晶型。不同晶型的形成與加工工藝以及熱處理工藝密切相關。ɑ晶型可從熔體和溶液中結晶得到,β晶型可在高的拉伸速率和拉伸溫度下得到,γ晶型可在六甲基苯上外延生長得到。
PLA在加工的熔融冷卻過程中主要形成ɑ型球晶,是三種晶型中是最常見和最穩定的。ɑ球晶的尺寸從微米到毫米級。球晶在成長過程中由于徑橫向生長的不均衡性,通常會有明顯的內部應力產生。當球晶尺寸大到一定程度時,不僅晶體界面連結變弱,而且應力累積到一定程度也會導致球晶內部產生裂紋,顯著降低材料韌性。這也是產業界一直致力于控制PLA結晶尺寸的主要原因。
02結晶度
作為一種典型的半結晶高分子材料,PLA結晶度和結晶結構對材料耐熱影響很大。非晶態和結晶度<25%時,PLA材料維卡軟化溫度<80℃;結晶度大于30%、結晶結構完善的PLA,材料維卡軟化溫度可達120℃以上。
03結晶能力及改善
由于分子鏈本身物理特性的原因,純PLA結晶速度較慢,常規加工工藝得到的制品的結晶度較低,導致材料耐熱不足。
通過調整PLA分子結構、分子量及分子量分布、提高材料光學純度、加入成核劑或增塑劑、改善加工工藝,都能提高PLA結晶速度。以添加成核劑為例,目前有多種市售成核劑能顯著改善PLA的成核能力。但是,這些方法常存在加工控制難度高、增加客戶加工工序、加工難度大等不足。
針對行業這一難題,普立思公司通過分子結構設計直接在聚合過程中引進有機成核分子嵌段,開發出具備自成核能力的快速結晶PLA樹脂,結晶速率得到很大的提升(如圖三所示),可用于紡絲、耐熱制件的注塑以及吸塑成型等領域。
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