生物可降解材料聚乳酸的增韧改性研究

生物可降解材料聚乳酸的增韧改性研究

天然材料衍生来的生物可降解聚合物有希望成为石油基聚合物材料替代品,并解决废物处理问题,因此吸引了越来越多的注意。因此,发展可降解材料对于降低塑料产品和废物造成的环境影响至关重要。

聚乳酸(PLA)是生物材料之一,由糖、玉米、甜菜等衍生而来,拥有优秀的物理和机械性能以及良好的生物相容性和生物可降解性质。由于聚乳酸最初的生产成本,聚乳酸的应用集中在高性能产品,如医疗器件。

随着生产成本的下降,聚乳酸也在其他方面展示了应用前景。聚乳酸由于它的透明性,机械性能和可接受的湿加工性能,在食品包装方面有良好的应用前景。

然而,聚乳酸也有一些缺陷,如高脆性,弱结晶行为,这些缺陷限制了它在食品包装方面的应用。支化可以有效的提高聚乳酸的熔体强度,提高可加工性。

而共混是一种经济有效的增韧改性方法。本文从聚乳酸的缺点出发,通过调节聚乳酸的支化结构和反应共混的方法,探究聚乳酸链结构、增塑剂与聚乳酸材料性能之间的关系,对聚乳酸的增韧改性提供理论指导。

主要内容包括:1、采用高能伽马射线(γ-ray)为激发源和三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为多官能度单体制备了长链支化聚乳酸(LCB-PLA),通过控制TMPTA含量,制备了不同支化度的LCB-PLA。使用不同支化度的LCB-PLA与聚乙二醇类二丙烯酸酯(PEGDA)单体反应共混。

随着支化度提高,PEGDA的加入,PLA的η*、G′及G″增大,熔体强度增大,剪切变稀行为更加明显,体系的加工性能变好;支化度的提高和PEGDA的加入降低了聚乳酸的结晶度;随着支化度的提高,PEGDA的加入,PLA的冲击强度和断裂伸长率得到明显提高,对于LCB-PLA2,添加10wt%PEGDA时,断裂伸长率最高提高

到了 318%,比纯PLA提高了大约2600%,当添加20%PEGDA时,冲击强度为95KJ/m2,提高34倍。2、使用过氧化氢对天然橡胶进行环氧化,通过控制反应时间得到不同环氧化程度的环氧化天然橡胶(ENR)。

使用ENR与PLA进行反应共混可以有效的提高聚乳酸的韧性。增韧效果最好的ENR为反应1.5 h的ENR,最优的混合比例为10 wt%。

通过相差显微镜可以观察到ENR 1.5在聚乳酸相中分散更均匀,此时的环氧基团比例可以平衡ENR相絮凝作用与提高两相相容性增加力学性能这两者之间的关系。力学测试表明在PLA/ENR1.5 90/10下,断裂伸长率提高到58%,相对聚乳酸增长800%,冲击强度提高到41 KJ/m2。

PLA/ENR作为一种生物可降解材料,体现了优于PLA的力学性能,还需要进一步的了解ENR的环氧化程度随时间的变化,以达到更好的理论指导意义。