聚乳酸生物降解材料改性技术获巨大突破

聚乳酸(以下简称PLA)材料是近年来刚刚开发的新型生物基塑料,常温下是一种硬而脆的透明材料,抗冲击性和柔韧性差,极大地限制了聚乳酸的广泛应用。

采用传统的石油基聚合物增韧聚乳酸会使共混物失去来源的可再生性和产物的可降解性,因此开发一种可与石油基增韧剂效果相媲美的生物基PLA增韧剂至关重要。





创变设计
 
1、用甲胺(MA)再利用十八烷基三甲基氯化铵进一步对预插层产物进行有机改性从而制得有机磷酸锆(以下简称OZrP),磷酸锆的层间距由原来的0.76 nm扩大至3.77nm;
 
2、以OZrP为增强增韧剂通过溶液插层法制备有机磷酸锆/聚乳酸(OZrP/PLA)纳米复合材料。
 
 
改性功效
 
1、当有OZrP的用量为3份时,复合材料的拉伸强度达到最大值37.85 MPa;

2、OZrP的加入使PLA复合材料的耐热老化性和热稳定性能得到了提高;

3、加快了PLA的降解,降解性能优于PLA基材。
 
 
改性原理

1、力学性能
 
磷酸锆能够分散在PLA中,相容性较好,且有机修饰的磷酸锆与周围的PLA分子链产生了较强的作用,使得界面黏结力增强。外力作用时,有机修饰的磷酸锆与PLA基质问的界面区能有效地将外力作用传递到填充材料上,从而提高了材料抵御破坏的能力。

2、降解性能
 
1)溶液环境中

因为PLA是一种聚酯,其在生物介质中进行降解时.首先是小分子的水移至材料表面,然后扩散进入酯键或亲水基团的周围,在介质中酸碱的作用下,可促使酯键酸碱水解断裂,而ZrP具有较大的比表面积和吸附能力,层间有较多的羟基,可以大量吸附水分子使得PLA发生不均匀水解,从而会加快PLA的降解速率。

2)紫外光环境中
 
因为磷酸锆是一种光催化剂,加入后促进复合材料对紫外光的吸收,进而加快PLA在紫外光环境中的降解。

3、热稳定性与耐热老化性
 
磷酸锆层板较均匀地分散在PLA中,磷酸锆失去层间结晶水带走一部分热量,同时脱水后生成的氧化物覆盖在PLA上起着阻隔作用,从而降低PLA的热降解速率,提高PLA的热稳定性。
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