聚乳酸PLA改性

聚乳酸(以下简称PLA),其作为可再生资源聚合物的典范,是一种生物相容性非常好的聚合物,更是在资源短缺环境下非常理想的一类聚合物:来源是基于可再生资源,生产的产品性能足够好,使用完可以在有限的时间内降解,降解后的产物可以重新用于生产。它的出现也激励着人们开发出更多类似的材料。

PLA已经广泛用作可降解性手术缝合线等生物医用材料,并且基于PLA的塑料已经在市场上出现,可以作为包装与纤维应用,优势在于与一般的塑料相比它的降解周期更短,对环境的污染自然就更小,同时降解产物就是单体乳酸,所以可以回收再利用。

难点与技术


PLA虽广泛用于包装、生物医学、运输和结构应用中,但其较差的熔体粘性、脆性和低热阻意味着它不能完全满足工业和医学应用的要求。
为了尝试并克服PLA的这些问题,并因此拓宽其潜在的应用,已经有许多学者研究了各种技术以改进其性质和可加工性。
 
例如:
 
1、用于改进聚合物的材料性质的方法有添加填料、增塑剂或第二共混组分。填料法是最有效、最实用和最具成本效益的提高PLA性能的方法之一。典型的填料包括滑石粉、粘土、纳米管和石墨烯。
 
2此外,利用纳米复合技术针对聚乳酸存在的性能缺陷进行改性研究具有重要的科学意义和应用价值。层状纳米材料如α-磷酸锆( α-ZrP) 、石墨烯、层状双氢氧化物( LDH) 、层状硅酸盐等兼具异相成核和填充增强的双重作用,被广泛用于聚合物纳米复合材料。其中α-ZrP 耐酸耐碱,热稳定性和机械强度优异,且具有晶片形貌规整可控等优点。
 
 
聚乳酸改性

利用纳米层状磷酸锆对聚乳酸进行改性,其纳米片层能均匀分散在PLA 基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。
 
实施方法

首先采用溶液插层法,将合成的插层剂十一烷醇三甲基溴化铵( UHTB) 嵌入α-ZrP 层间,获得UHTB-ZrP 杂化物。再利用聚乳酸合成单体丙交酯对UHTB-ZrP 杂化物进行原位插层聚合制备齐聚乳酸进一步有机改性的层状α-ZrP ( 记作:OZrP) 。
 

然后,以生物聚酯PLA为基体,以具有纳米片层结构的OZrP 为增强相,通过溶液浇铸法制备PLA/OZrP 复合材料。
 
结果表明

1、改性磷酸锆在PLA 基体中起到增强作用,当添加质量分数为1% OZrP时,PLA/OZrP 复合材料的拉伸强度从31.3 MPa 提高到53.5 MPa,比纯PLA 提高了70.9%而断裂伸长率基本保持不变;
 
2、较低的熔体黏弹性有利于PLA/OZrP 复合材料的加工,而少量OZrP 有降低体系的弹性模量和储能模量的作用,这种作用在低添加量时增长迅速,当质量分数高于2%~ 2.5%后该作用效果提升趋于停滞。如:当1%左右的添加量时复数黏度降低到纯PLA 的19%,而3%添加量时降低至纯PLA 的8.11%。因此,复数黏度则随着改性磷酸锆含量的增加而显著降低,顾:仅添加质量分数1%OZrP 即可显著降低PLA/OZrP 复合材料熔体的复数黏度,能够有效改善聚乳酸的加工性能;
 
3、此外,添加少量的改性ZrP后,PLA/OZrP 复合材料的热稳定性也得到一定的改善。
 

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