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聚乳酸生物降解材料改性技術獲巨大突破

聚乳酸(以下簡稱PLA)材料是近年來剛剛開發的新型生物基塑料,常溫下是一種硬而脆的透明材料,抗沖擊性和柔韌性差,極大地限制了聚乳酸的廣泛應用。

采用傳統的石油基聚合物增韌聚乳酸會使共混物失去來源的可再生性和產物的可降解性,因此開發一種可與石油基增韌劑效果相媲美的生物基PLA增韌劑至關重要。





創變設計
 
1、用甲胺(MA)再利用十八烷基三甲基氯化銨進一步對預插層產物進行有機改性從而制得有機磷酸鋯(以下簡稱OZrP),磷酸鋯的層間距由原來的0.76 nm擴大至3.77nm;
 
2、以OZrP為增強增韌劑通過溶液插層法制備有機磷酸鋯/聚乳酸(OZrP/PLA)納米復合材料。
 
 
改性功效
 
1、當有OZrP的用量為3份時,復合材料的拉伸強度達到最大值37.85 MPa;

2、OZrP的加入使PLA復合材料的耐熱老化性和熱穩定性能得到了提高;

3、加快了PLA的降解,降解性能優于PLA基材。
 
 
改性原理

1、力學性能
 
磷酸鋯能夠分散在PLA中,相容性較好,且有機修飾的磷酸鋯與周圍的PLA分子鏈產生了較強的作用,使得界面黏結力增強。外力作用時,有機修飾的磷酸鋯與PLA基質問的界面區能有效地將外力作用傳遞到填充材料上,從而提高了材料抵御破壞的能力。

2、降解性能
 
1)溶液環境中

因為PLA是一種聚酯,其在生物介質中進行降解時.首先是小分子的水移至材料表面,然后擴散進入酯鍵或親水基團的周圍,在介質中酸堿的作用下,可促使酯鍵酸堿水解斷裂,而ZrP具有較大的比表面積和吸附能力,層間有較多的羥基,可以大量吸附水分子使得PLA發生不均勻水解,從而會加快PLA的降解速率。

2)紫外光環境中
 
因為磷酸鋯是一種光催化劑,加入后促進復合材料對紫外光的吸收,進而加快PLA在紫外光環境中的降解。

3、熱穩定性與耐熱老化性
 
磷酸鋯層板較均勻地分散在PLA中,磷酸鋯失去層間結晶水帶走一部分熱量,同時脫水后生成的氧化物覆蓋在PLA上起著阻隔作用,從而降低PLA的熱降解速率,提高PLA的熱穩定性。
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