PLA熔融性能分析：Tg、Tm、L-立体异构体及内消旋-丙交酯影响

与大多数的热塑性塑料类似，半结晶的PLA也有T_g和T_m。温度高于T_g（约58℃），PLA为橡胶态；而低于T_g，就变成玻璃态，在冷却到β转变温度（约在-45℃）以前仍然能蠕变。低于β转变温度，PLA就很脆。图2-5比较了PLA与其他几种聚合物的T_g和T_m，可以发现，与其他热塑性塑料相比，PLA的T_g较高，而T_m较低。

图2-5 PLA与其他几种热塑性塑料的T_g和Tm

PLA的T_g与其相对分子质量和光学纯度有关（图2-6）。PLA中的L-立体异构体含量在100%、80%和50%时，在相对分子质量达到无限大时，其T_g分别为60.2℃、56.4℃和54.6℃。此外，L-丙交酯含量高的PLA的T_g高于相同含量D-丙交酯时的PLA。不同PLA的T_g与T_m见表2-1。

图2-6 不同L-丙交酯含量时的PLA的T_g与相对分子质量的关系

表2-1 不同PLA的T_g与Tm(www.xing528.com)

PLA的玻璃化转变行为还与其热历史有关。将PLA以较高的冷却速率冷却（大于500℃/min，如注射成型）将得到非结晶性很高的制品。结晶度低的PLA在环境条件下几天就会迅速老化，这是使PLA脆化的主要原因。

PLA的T_m也与其光学纯度有关。纯L-丙交酯聚合而成的PLLA的平衡熔点为207℃，T_g为60℃，立构化学上纯的PLA（D-或L-）所得到的最大实际T_m为180℃左右，热焓在40～50 J/g。引入D型或内消旋异构体会造成PLA分子规整度下降，结晶变慢，结晶度下降，进而导致熔点降低。D型或内消旋异构体含量越高，PLA的熔点越低。PLA结构中的内消旋-丙交酯的存在可使其T_m下降多达50℃，具体下降程度取决于其中的D-丙交酯的量。图2-7所示为PLA的T_m（峰值）随其中内消旋-丙交酯含量的变化情况。

图2-7 PLA的T_m（峰值）随其中内消旋-丙交酯含量的变化

典型PLA的T_m在130～160℃。内消旋-丙交酯的T_m抑制作用有助于扩大加工窗口，减轻热分解和水解分解，减少丙交酯的形成。