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聚乳酸PLA改性

聚乳酸(以下簡稱PLA),其作為可再生資源聚合物的典范,是一種生物相容性非常好的聚合物,更是在資源短缺環境下非常理想的一類聚合物:來源是基于可再生資源,生產的產品性能足夠好,使用完可以在有限的時間內降解,降解后的產物可以重新用于生產。它的出現也激勵著人們開發出更多類似的材料。

PLA已經廣泛用作可降解性手術縫合線等生物醫用材料,并且基于PLA的塑料已經在市場上出現,可以作為包裝與纖維應用,優勢在于與一般的塑料相比它的降解周期更短,對環境的污染自然就更小,同時降解產物就是單體乳酸,所以可以回收再利用。

難點與技術


PLA雖廣泛用于包裝、生物醫學、運輸和結構應用中,但其較差的熔體粘性、脆性和低熱阻意味著它不能完全滿足工業和醫學應用的要求。
為了嘗試并克服PLA的這些問題,并因此拓寬其潛在的應用,已經有許多學者研究了各種技術以改進其性質和可加工性。
 
例如:
 
1、用于改進聚合物的材料性質的方法有添加填料、增塑劑或第二共混組分。填料法是最有效、最實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、納米管和石墨烯。
 
2、此外,利用納米復合技術針對聚乳酸存在的性能缺陷進行改性研究具有重要的科學意義和應用價值。層狀納米材料如α-磷酸鋯( α-ZrP) 、石墨烯、層狀雙氫氧化物( LDH) 、層狀硅酸鹽等兼具異相成核和填充增強的雙重作用,被廣泛用于聚合物納米復合材料。其中α-ZrP 耐酸耐堿,熱穩定性和機械強度優異,且具有晶片形貌規整可控等優點。
 
 
聚乳酸改性

利用納米層狀磷酸鋯對聚乳酸進行改性,其納米片層能均勻分散在PLA 基體中形成納米復合結構,并使其力學性能、加工性能和熱穩定性得到改善。
 
實施方法

首先采用溶液插層法,將合成的插層劑十一烷醇三甲基溴化銨( UHTB) 嵌入α-ZrP 層間,獲得UHTB-ZrP 雜化物。再利用聚乳酸合成單體丙交酯對UHTB-ZrP 雜化物進行原位插層聚合制備齊聚乳酸進一步有機改性的層狀α-ZrP ( 記作:OZrP) 。
 

然后,以生物聚酯PLA為基體,以具有納米片層結構的OZrP 為增強相,通過溶液澆鑄法制備PLA/OZrP 復合材料。
 
結果表明

1、改性磷酸鋯在PLA 基體中起到增強作用,當添加質量分數為1% OZrP時,PLA/OZrP 復合材料的拉伸強度從31.3 MPa 提高到53.5 MPa,比純PLA 提高了70.9%,而斷裂伸長率基本保持不變;
 
2、較低的熔體黏彈性有利于PLA/OZrP 復合材料的加工,而少量OZrP 有降低體系的彈性模量和儲能模量的作用,這種作用在低添加量時增長迅速,當質量分數高于2%~ 2.5%后該作用效果提升趨于停滯。如:當1%左右的添加量時復數黏度降低到純PLA 的19%,而3%添加量時降低至純PLA 的8.11%。因此,復數黏度則隨著改性磷酸鋯含量的增加而顯著降低,顧:僅添加質量分數1%OZrP 即可顯著降低PLA/OZrP 復合材料熔體的復數黏度,能夠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 復合材料的熱穩定性也得到一定的改善。
 

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