全生物降解聚乳酸/聚己内酯共混体系的增容改性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nvli2010
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聚乳酸(PLA)来源于可再生的农业资源,是完全可降解的生物高分子材料,在一些领域可以替代传统石油基非降解塑料,能部分解决白色污染问题。同时由于其来源于生物质,和石油基聚合物生产相比,能够减少温室气体排放,符合可持续发展的需要。但是,与通用塑料相比,聚乳酸缺乏弹性和柔性,注射成型困难,材质硬而脆,严重限制了它的应用领域。因此,聚乳酸的增韧改性研究成为材料研究的热门课题,共混是对PLA增韧改性的常用方法。聚(ε-己内酯)(PCL)是一种不溶于水的可生物降解脂肪族聚酯,其玻璃化转变温度约为-60℃,断裂伸长率可达到600%以上,常用来与PLA共混改善其脆性。但是,众所周知,PLA与PCL两者之间缺乏有效的相互作用,导致两者是不相容的,两者共混会产生相分离,单独添加PCL对PLA的力学性能的改善效果不佳,不能达到增韧的效果。本文针对PLA/PCL共混体系相容性差的问题,提出通过共聚的手段改变PCL的分子结构,以改善PCL与PLA之间的相容性,以期获得高韧性的可降解PLA复合材料。本论文的主要内容和结论如下。  1.制备了一系列不同单体单元比例的L-丙交酯(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的线性共聚物P(CL-Co-LA),确定了不同共聚物中CL与LA单元比例以及共聚物中CL与LA的链段平均长度等微观结构。DSC分析结果表明,对于LA链段含量较高的P(CL12/LA88)和P(CL25/LA75)中,可以观察到PLA链段的冷结晶峰和熔融峰,且峰的位置随着CL含量的升高移向较低的温度区域。对于CL含量较高的P(CL90/LA10),只观察到PCL链段部分的熔融峰。P(CL49/LA51)和P(CL72/LA28)均为无定形共聚物,在DSC曲线上观察不到明显的熔融峰与结晶峰。随着共聚物P(CL-co-LA)中CL单元含量的增加,共聚物的热失重曲线向高温方向移动,共聚物的热稳定性越好。  2.在PLA/P(CL-co-LA)二元共混体系中,共聚物中丙交酯单元的平均链段长度以及单元比例对二者相容性有密切的关系,在本文研究中,P(CL12/LA88),P(CL25/LA75),P(CL49/LA51)与PLA有良好的相容性,P(CL72/LA28)和P(CL90/LA10)与PLA的相容性较差。即当共聚物中LA的平均链段长度高于3.4时,P(CL-co-LA)与PLA有很好的相容性,没有观察到相分离现象。P(CL49/LA51)对PLA的增韧改性作用明显优于其他共聚物,50wt%的P(CL49/LA51)与PLA物理共混物的断裂伸长率可达到500%以上。  3.在PLA/PCL/P(CL-co-LA)三元共混体系中,共聚物充当PLA与PCL增容剂的作用。在PLA/PCL共混体系中添加共聚物之后,PLA与PCL相容性有明显改善,PCL分散相相畴尺寸减小且更加均匀。在共混体系中加入共聚物之后,能够提高PLA链段的活动能力,可以促进共混物中PLA的冷结晶。当使用共聚物P(CL49/LA51)作为PLA/PCL共混体系的增容剂时,可以起到很好的界面增容作用。共混比例为80/20/10的三元共混材料PLA/PCL/P(CL49/LA51)的断裂伸长率超过200%。
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