生物高分子复合材料plasanch界面相容性的改善

生物高分子复合材料plasanch界面相容性的改善

聚乳液（pla）也称为聚丙醇酸，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸性能优良,具有良好的透明性、机械性能及物理性能,适用于吹塑、热塑等各种加工方法;相容性与可降解性良好,在医药领域应用也非常广泛。与其他合成高分子相比,聚乳酸韧性差、气体阻隔性差,因此为改善聚乳酸的性能缺陷,将PLA与纳米无机粉体复合,能够改善其气体阻隔性。通过与其他可生物降解塑料熔融共混,改善其韧性。淀粉(starch)是天然生物高分子,存在于玉米、马铃薯、土豆、小麦等植物的果实、根、茎中,淀粉通常是非热塑性的,不能进行挤出、吹塑等加工,限制了淀粉塑料的应用。淀粉在塑料上的应用主要有以下3种:淀粉/聚烯烃、变性淀粉/聚烯烃、全淀粉塑料。与前两种相比,全淀粉塑料在原料来源、降解能力、资金投入上有着不可比拟的优势。美国Wamer-Lamber公司、意大利Ferrizz公司等宣称已研究成功含淀粉量在90%~100%的全淀粉塑料,在30d~1a内完全生物降解而不留任何痕迹,无污染,可用于制造各种容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子变构而无序化,成为具有热塑性能的淀粉树脂,因此又称为热塑性淀粉塑料(TPS)。对于热塑性淀粉的研究,已引起了全世界的共同关注。其主要研究方向包括两个方面:增塑剂的研究与热塑性淀粉机械性能的改善。作为两种最具有潜力的绿色可降解高分子,淀粉与聚乳酸复合材料的研究早已展开。其研究目的主要是降低生产成本,改善PLA/starch的界面相容性,从而改善机械性能,最终取代现在市场上的石油高分子,如PP、PE。1提高pla-星界面的一致性的方法介绍1.1添加甘草、丙胺、酰胺和其他增塑剂增塑剂的加入不仅能够使淀粉变构化形成热塑性淀粉,而且能够改善聚乳酸与淀粉的界面相容性,提高材料的韧性,但也降低了其拉伸强度。1.2增加羟基的兼容性反应剂的加入能够起到扩链的作用,既将聚乳酸的羟基与淀粉或热塑性淀粉的羟基通过反应剂连接起来增加了其相容性,又能够提高其拉伸强度,降低吸湿性。1.3可降解塑料接枝改性通过将PLA或是与PLA相容性较好的可降解塑料如PCL、PBSA等与淀粉进行接枝作为PLA和淀粉的相容剂,提高其拉伸强度,提高断裂伸长率。2关于pla-worm结构的改进研究2.1pla/stch改性JUNWUKPARK等制得PLA/TPS(水和甘油做增塑剂),发现甘油作为增塑剂改善了淀粉与聚乳酸界面的相容性,淀粉颗粒在聚乳酸中充当成核剂。TianyiKe等用甲苯二异腈酸酯和柠檬酸三乙酯作为PLA/starch的增容剂,发现含有甲苯二异腈酸酯PLA/starch拉伸强度远大于不含甲苯二异腈酸酯PLA/starch。含有柠檬酸三乙酯PLA/starch断裂伸长率显著增加,脆性明显改善。WangNing等用一步法挤出成型制得PLA/TPS(甘油和甲酰胺增塑)。发现随着热塑性淀粉含量的增加,热塑性淀粉与PLA的相容性不断增加。红外光谱证明甲酰胺不仅能够减弱淀粉之间形成氢键的相互作用,而且能够显著改善热塑性淀粉与PLA的相容性。Jian-FengZhang等用马来酸二辛酯増塑PLA/starch,发现马来酸二辛酯的加入明显使PLA&淀粉试样的断裂伸长率增加。当马来酸二辛酯质量含量低于8%时,马来酸二辛酯起到相容剂的作用;但当马来酸二辛酯质量含量超过10%时,马来酸二辛脂起到增塑剂的作用。若在此时加入马来酸酐,会使PLA&淀粉共混物拉伸强度明显增加,并且不影响断裂伸长率。马来酸酐与马来酸二辛酯起到各自的作用,相互并不影响。2.2pla/dtps反应ChangLimJun利用不同异腈酸酯作为反应剂,反应挤出成型制得PLA/starch,发现长链结构的异腈酸酯使复合材料的拉伸强度增加,加入乙烯-丙烯、丙三醇共聚物能够显著改善PLA/starch相容性,提高断裂伸长率,并且发现分两步法反应挤出成型比一步法反应挤出成型PLA/starch断裂伸长率和拉伸强度均得到提高。NingWan等人用一步法反应挤出成型并制得含有柠檬酸(CA)的PLA/DTPS(甘油塑化干淀粉),发现柠檬酸的加入能够显著降低PLA&DTPS的熔体黏度,改善了PLA/DTPS的相容性。并且由于柠檬酸能够与淀粉、PLA相互反应,故试样的拉伸强度增加。材料吸湿性也明显下降。柠檬酸是天然物质,其来源广泛,并且无毒,作为反应剂增加PLA/DTPS的界面相容性,更适合作为可降解塑料的反应剂。VictorHOrozco等人反应挤出成型制得PLA-g-MAH/starch。发现PLA-g-MAH与淀粉界面相容性明显改善,拉伸强度明显提高。居学成等人利用羟丙基改性淀粉作为填充剂,在偶联剂作用下与聚乳酸共混、挤出制备聚乳酸/羟丙基淀粉复合降解型材料,发现拉伸强度与断裂伸长率随着羟丙基淀粉含量的增加先减小后增大,其吸水性增加,并且随着淀粉取代度的增加材料的冲击韧性增加。2.3pla-g-aa产品的应用Chin-SanWu利用挤出成型制得PLA-g-AA/PLA/starch,发现添加PLA-g-AA的试样,其断裂伸长率和拉伸强度均得到提高,并且淀粉颗粒在聚乳酸中分散得更加均匀,改善了淀粉与PLA的相容性。在高填充淀粉的试样中,加入PLA-g-AA的试样吸湿性明显小于未加入PLA-g-AA的试样。JiahuiYu等利用挤出成型制得PCl-g-淀粉纳米晶/PLA。发现仅含5%的PCL-g-纳米晶的共混物,其拉伸强度和断裂伸长率达到最高,断裂伸长率可达纯PLA的10倍以上。3增塑剂的使用聚乳酸作为生物可降解塑料,其来源广泛,乳酸单体可利用天然纤维素等制得,淀粉作为一种天然高分子,与其他合成可降解材料相比有着不可比拟的优势。热塑性淀粉的研究重点在增塑剂的种类、用量、以及不同增塑剂的配合使用。热塑性淀粉使用的增塑剂主要是甘油、甲酰胺等,且增塑剂加入量均在30%左右,开发新型高效的增塑