无需增塑剂或共混物， 也能高效突破PLA性能天花板

由乳酸制成的聚乳酸（PLA）在过去十年里已成为包装行业一种成熟的生物基塑料。然而，尽管它们在市场上被广为接受，但其低断裂伸长率和低冲击强度仍阻碍了其得到更广泛的应用。若要使PLA适用于柔性包装薄膜的生产，则需对其进行改性来匹配LDPE（低密度聚乙烯）等典型薄膜材料的性能（图1）。增塑PLA化合物拥有这种改进的性能。但是，这些化合物的问题之一是大多数增塑剂都具有迁移趋势。这就是它们未能大举进入市场的原因。对它们来说，各种多元醇已被证明对PLA起到增塑作用。但是，此类多元醇在二元共混物中表现出了复杂的迁移和结晶行为，因此严重限制了后者的应用范围。在开发PLA共聚物的过程中，SoBiCo GmbH公司采取了不同的方法：他们将多元醇和PLA共聚物中的多元醇牢固地共价键合到聚合物上（图2）。该方法不仅可以防止多元醇迁移，而且使PLA分子链更具流动性。SoBiCo目前正在推出名为Plactid的共聚物。

将断裂伸长率提高到400%

从坚硬的PLA类材料到性能堪比LDPE的材料，改变多元醇含量能够大幅度调整它们的性能。10%和20%的多元醇含量能使断裂伸长率提高到100%-400%，而刚度则降至2000-200N/mm²（图3）。

PLA和PLA共聚物中聚合物链流动性的增加也对材料的结晶趋势产生了重大影响。PLA的结晶速度很慢，所需温度窗口较窄，约为100°C。相较之下，PLA共聚物的结晶速度更快，并且不易受理想结晶温度偏差的影响。这一点可通过比较不同多元醇含量的PLA和PLA共聚物的结晶半衰期来说明，其值通过等温DSC（差示扫描量热法）测定（图4）。例如，多元醇含量仅为13%时，结晶半衰期缩短过半，结晶温度窗口拓宽至20°C，并且没有明显延迟。

定向拉伸诱导结晶

温度诱导结晶（可能需要长时间加热）的替代方法是通过定向拉伸来诱导PLA共聚物结晶。拉伸诱导结晶受温度的影响要小得多。在高于玻璃化转变温度的条件下，两倍的拉伸因子即可引起PLA共聚物的大量结晶，并且拉伸强度随之增加。这种方法带来了更多的可能性，特别是在单向或双向拉伸的情况下，柔性薄膜兼具高断裂伸长率和高强度。

众所周知，乳酸有两种对映异构体（L型和D型乳酸），因此PLA具有形成立构复合物的可能，前提是不同的聚合物由纯L型和D型对映异构体（分别为PLLA和PDLA）生成。因为它们的熔融温度高出约40°C，所以这种立构复合物使PLA能够在更高的温度条件下进行应用。通过结合由L型和D型对映异构体生成的PLA共聚物以及双向拉伸薄膜技术，它们将为生物塑料在薄膜生产中的应用开辟全新的市场。现有的多元醇系列还提供了多种开发可能性，例如：支链型多元醇可用于生成具有更高拉伸粘度的牌号。

将PLA的玻璃化转变温度降至20°C

众所周知，生物聚合物PLA的耐热性低，几乎不结晶，玻璃化转变温度约为60°C。此外，PLA所需加工窗口窄，位于180-200°C之间，并且受限于约170°C的熔融温度和200°C的初始热损伤。PLA共聚物提供了多种改变这种典型特性的方法。由于其结晶速度要快得多，因此使用温度不仅仅由玻璃化转变温度决定。高结晶度使其可以在高于玻璃化转变温度的条件下使用。当被用作柔性薄膜材料时，该聚合物的玻璃化转变温度应低于使用温度。如果是PLA多元醇共聚物，纯PLA的玻璃化转变温度（55-60°C）可以在多元醇的帮助下显著降低。例如，多元醇含量为20%的Plactid共聚物的玻璃化转变温度仅为20°C。

如前所述，单独的纯PLLA和PDLA聚合物的立构复合晶体具有更高的熔融温度。PLA聚合物的情况正好相反，其L成分和D成分都包含在一个单分子（PLDLA）中。它们的熔点以及加工温度范围都可以降低。例如，PLDLA中4%的D成分可使熔融温度降低约16°C（表，共聚物1）。但是，当聚合物链中的D成分超过约10%时，PLA将完全失去结晶能力。PLA多元醇共聚物在这方面表现出了完全不同的行为。例如，SoBiCo公司成功地将12%的D成分（用丙交酯总量表示）掺入由完全非晶态多元醇（多元醇含量：45%）和PLA组成的共聚物中，从而将熔点温度降至120°C（表1，共聚物2）。同时，尽管D成分含量高，但因PLA序列所致，该共聚物的熔化焓为12 J/g。

通过挤出机实现经济高效的生产

除了材料本身，SoBiCo还成功开发了一种基于挤出机反应性复合的经济高效的生产工艺。它结合了两个通常单独进行的工艺步骤：聚合物的化学合成和基于此类聚合物的化合物的生产。SoBiCo开发的这一集成工艺包括聚合、残余单体提取和复合。首条生产线产能为2000t/a，计划扩产至10000t/a。除了在生产开始时将应用集中在包装领域，SoBiCo还计划通过挤压成型和注塑成型快速建立广泛的材料组合。Plactid共聚物产品组合将通过最新的Lacto产品系列（Lactofix、Lactoflex和Lactobatch）进行补充，它们可用于对传统PLA进行改性。

本文翻译自KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志
作者：Dr. Johannes Fuchs

来源：荣格-《国际塑料商情》

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