聚乳酸纳米复合材料.ppt

1、聚乳酸纳米复合材料,1234031011 李彩荣,概述,聚乳酸(polylactic acid , PLA) 聚合物基纳米复合材料 自1984 年Roy首次提出纳米复合材料的概念以来,聚合物基纳米复合材料已得到广泛的研究和应用。由于纳米粒子具有小尺寸效应、大比表面积、强界面结合效应等特性,使纳米复合材料具有优异的性能。,聚合物基纳米复合材料的制备方法 插层复合法 按照复合的过程, 插层复合法可分为2大类.一是插层聚合法, 即先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中, 然后原位聚合, 利用聚合时放出的大量热量克服硅酸盐片层间的库仑力, 使其剥离, 从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合

2、; 二是聚合物插层法, 即将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合, 利用力学或热力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中形成纳米复合材料.,2.溶胶- 凝胶法( Sol- Gel法) 溶胶- 凝胶法是将硅氧烷或金属盐等前驱物(水溶性盐或油溶性醇盐)溶于水或有机溶剂中形成均质溶液, 溶质发生水解反应生成纳米级粒子并形成溶胶( Sol), 然后经溶剂挥发或加热等处理使溶液或溶胶转化为网状结构的氧化物凝胶( Gel)的过程。 3.原位聚合法 首先使用纳米尺度的无机填料(如SiO2、CaCO3 等)在单体中均匀分散, 然后用类似于本体聚合的方法进行聚合反应, 从而得到纳米复合材料。

3、,4.超声波法 超声波法的原理是使用超声波震荡破坏较大团聚体中小微粒之间的库仑力或范德瓦尔斯力,使小颗粒分散到基质中. 这种方法进行纳米复合材料的合成在实验室中较常用, 它在搅拌状态下把纳米粒子加入到混合液中, 然后通过超声波传递能量并使能量作用于较大的纳米微粒团聚体, 来平衡纳米微粒之间的范德华力以及其他表面作用力从而破坏纳米粉体的团聚.,5.共混法 共混法的优点是纳米粒子的制备与材料的合成分步进行, 可控制纳米粒子的形态、尺寸. 不利之处是由于纳米粒子很容易团聚, 共混时实现粒子的均匀分散有一定的困难. 因此, 共混前对纳米粒子表面进行处理, 或在共混时加入分散剂, 以使其在基体中以原生粒

4、子的形态均匀分散, 这是应用该法的关键. 6.化学分散剂添加法 化学分散是工业生产广泛应用的一种颗粒悬浮体的分散方法. 通过在颗粒悬浮体中加入无机电解质、有机高聚物及表面活性剂使其在颗粒表面吸附, 改变颗粒表面的性质, 从而改变颗粒与液相介质、颗粒与颗粒间的相互作用, 导致体系分散.,概述,聚乳酸纳米复合材料的发展 1997 年Ogata首次报道聚乳酸纳米复合材料,发现加入蒙脱土可使聚乳酸的结晶性和杨氏模量提高;之后,聚乳酸纳米复合材料得到了很大的发展,相继出现了聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料、聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料、聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料、聚乳酸/纳米碳管复合材料,纳米复合的方法也

5、从溶液共混法、熔融共混法发展到原位聚合法,其耐热、结晶、力学以及气体阻隔等性能得到显著的提高。,聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料,蒙脱土(简称MMT) 是一类典型的层状结构的硅酸盐矿物,蒙脱土层间化学微环境为亲水憎油性的。而一般的有机单体或聚合物为亲油憎水性的,因此促进蒙脱土在单体或基体聚合物中的分散、插层或剥离,提高有机/无机界面的粘合力,形成插层型或剥离型结构,是制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的关键。 聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的制备方法主要包括熔融共混法和原位聚合法. 由于插层或剥离型蒙脱土片层的引入,聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料与纯的聚乳酸相比,具有更好的结晶性、热稳定性、力学性能、阻隔性能以

6、及降解性能。,Fig. 1 Effect s of the mass fraction of MMT on the molecular weight,力学性能表征 Fig. 4 Mechanical properti es of PLA-MMT with different mass fraction of MMT( a) tensile strength ; ( b) elongation at break; ( c) impact strength,聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料,纳米SiO2 是无定型白色粉末,其分子呈三维链状、网状结构或硅石结构等。一般而言,将纳米SiO2引入聚合物制备纳

7、米复合材料,有利于提高聚合物的模量、强度和热稳定性,因而在聚合物纳米复合材料中也备受关注。纳米SiO2 表面富含亲水性的硅羟基,因而与有机物相容性差,难以在其中分散均匀。一般使用硅烷偶联剂与SiO2 表面羟基发生硅烷化反应,消除或减少表面硅羟基,使其由亲水性变为疏水性。经过表面改性后的纳米SiO2 与单体或聚合物的相容性增大,通过原位聚合和共混,可制得纳米复合材料。目前对聚乳酸/纳米SiO2 复合材料性能的研究还很少。,聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料,羟基磷灰石是自然骨的结晶部分，无毒无害，具有良好的生物活性和骨传导性，但单一羟基磷灰石在生理环境下的脆性及低疲劳强度限制了其在负荷下的骨修复或骨

8、替代的应用，不能完全适合骨组织复原的要求，不能作为结构材料使用。近年来的研究表明，将聚乳酸和羟基磷灰石复合得到的复合材料的整体性能能得到很大的提升。将高弹性模量的HA与聚乳酸复合,可提高聚乳酸的力学性能和生物相容性,适用于医用材料,特别是硬组织修复材料。,聚乳酸/碳纳米管复合材料,碳纳米管(carbon nanotube ,CNT) 是1991 年才被发现的一种碳结构。理想碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。聚乳酸/碳纳米管复合材料可用熔融或溶液共混法制备。 聚乳酸与MWCNT 复合后,MWCNT 可起到晶核的作用,促进聚乳酸结晶,使复合材料的Tc 降低,同时Tg 、Tm

9、 也有所降低。当MWCNT 的加入量为5 %时,聚乳酸的杨氏模量达到最大值215 GPa ,比纯聚乳酸提高1.5 倍,但断裂伸长率降低。MWCNT 的加入还能提高聚乳酸对电磁波的屏蔽作用、提高电导率 。但对其生物相容性看来有不利影响,细胞培养实验表明,MWCNT 的存在使成纤细胞的生长速率降低。,小结与展望,聚乳酸纳米复合材料一般具有比聚乳酸更好的耐热性、强度、模量、气体阻隔性以及更快的堆肥降解速率,已显示出很好的发展前景。制备聚乳酸纳米复合材料,需要重点关注几个问题,即 现有方法制备的纳米复合材料分散相在聚合物中多呈纤维状、网状或层状分布, 分散相的尺寸只有一维或二维尺寸达到或接近了纳米尺寸。 对各种制备方法的分散效果还没有一个统一的评价标准