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聚乳酸材料的增韧耐热改性研究

石晓旭  
【摘要】:近年来,随着石油资源的日益枯竭,寻找石油基制品替代材料的呼声越来越大,聚乳酸(PLA)材料作为一种可生物降解材料,引起研究者们越来越多的关注。90年代至今,PLA开始向降解塑料方面发展,现在PLA主要应用在生活用品、工农业用品和生物医学制品上。现阶段将PLA作为通用塑料应用还受到一定的限制,这主要是由于PLA存在一些性能缺陷,其中最关键的两点是:一是PLA性脆易碎,断裂延伸率低且抗冲击性差;二是PLA的热稳定不足,即使在热分解温度以下进行加工也会使分子量大幅度下降。PLA具有很高的强力和模量,但是现有的常规PLA增韧改性方法,通常很难做到在增韧的同时,保证其透明性、强力和生物相容性不受折损。 本文首先通过溶液浇铸法制备了L-聚乳酸(PLLA)与不同含量的甲基MQ硅树脂(Me-MQ)共混物。文中所采用的Me-MQ是一种硅烷偶联剂,其具有生物相容性,并兼具高透明性、高强力和高的分解温度,现应用于胶黏剂与个人护理用品领域。本文将Me-MQ与PLLA共混,实现了以低添加量的Me-MQ增韧PLLA。拉伸测试结果表明,Me-MQ的添加量分别为1wt%和2wt%时,共混物的断裂延伸率增加至67.9%和217.7%。同时,共混物的强力没有明显下降,与PLLA相比,强力损失都低于6%。热性能测试结果表明,Me-MQ的添加有助于共混材料分解温度的提高,当添加量分别为1、2、4和6wt%时,材料分解温度分别提高了5、15、24和26℃;并且Me-MQ的添加使材料储能模量增加,冷结晶温度降低。经UV-vis测试,Me-MQ添加量为1wt%时,共混物与PLLA的透光率几乎没有差别,当添加量增至2wt%时,材料透光率也仅降低了10%,这满足包装材料上的透明性要求。 随后,为了增强聚乳酸材料的热稳定性,本文设计了Me-MQ的柔性改性,并实现了其与丙交酯的开环共聚,制备了含有Me-MQ内核的支化聚乳酸高分子共聚物。最后,将L/D型改性聚乳酸等质量混合以形成立构复合结构,增强材料的热稳定性。DSC测试结果表明,Me-MQ-PLLA与Me-MQ-PDLA的熔点分别为167.8℃和170.4℃,1:1共混后形成的立构复合物物熔点为224.6℃,提升了56℃。此外,强力测试表明,立构复合材料的断裂延伸率有所增加,由原来的3.47%增加至7.19%;断裂强力增强,由原来的60.3MPa增加至78.6MPa,提高了30%以上。


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