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石油基塑料废弃物对生态环境造成的危害已经引起人们广泛的关注,开发可生物降解塑料代替传统的石油基塑料产品是解决白色污染的有效途径之一.在可生物降解塑料领域,聚乳酸和淀粉是最有前途的生物降解材料.聚乳酸(Polylactic acid,PLA)是新型高分子材料,无毒、无刺激性,可经生物分解为CO2和H2O,不造成环境污染;且具有良好的生物相容性、热塑性、可加工性和优良的物理机械性能.成本较高限制了其在食品包装、一次性餐具方面中的广泛应用.淀粉是一种常见的天然生物高分子,来源广泛,价格低廉,可再生利用。通过改性能够形成加工性能良好的热塑性淀粉(TPS).TPS成本低,生物性能好,若与聚乳酸共混,不仅可以降低聚乳酸的生产成本,而且还能保持聚乳酸可生物降解的特性.聚乳酸/淀粉共混材料综合了聚乳酸的高性能和淀粉的低成本,不但能够部分替代传统石油基塑料,更拓展了淀粉的非食物用途,是一种极具开发前景的新型可降解塑料。
本实验首先研究了在不同条件下,聚己内酯的两个系列(PCL1000和PCL400)分别与PLA进行共混制各PCL/PLA共混物,目的在于增塑改性聚乳酸。通过对共混材料的力学性能、热性能等分析,结果表明,当反应温度为45℃、搅拌时间为2h、PCL1000含量为20%时,共混物的断裂伸长率最高可达282.7%,相比聚乳酸的170.7%,其韧性得到大大提高。FT-IR和热分析均表明,PCL与PLA之间的相容性较好,共混物的韧性增大。
其次,通过对淀粉的加热糊化和增塑剂(甘油和水)增塑,制备了热塑性淀粉,并以聚己内酯(PCL1000)作为增容剂,采用溶液共混的方法制备了一种相对价格较低的聚己内酯改性聚乳酸/淀粉共混材料。通过考察增塑剂的含量、淀粉含量及聚己内酯含量对共混材料性能的影响,对共混材料的力学性能、热性能、吸水性能、降解性能、红外分析及形貌观察,结果表明,淀粉在增塑剂的增塑作用下,加工性能提高;当淀粉:甘油:水为4:1.2:10时,TPS与PLA共混材料的力学和热学性能较好;FT-IR和SEM均显示聚己内酯加入增强了TPS与PLA的相容性,当PCL%为15%时,最大断裂伸长率为91.28%,最大拉伸强度为40.85MPa。实验还表明,淀粉和聚已内酯的加入使得PLA的疏水性得到改善,共混材料的降解性能较好,土埋70天后,共混材料最高降解率达42.41%。