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塑料助剂
2016年第3期(总第117期)
聚乳酸增韧改性硏究进展
刘志阳翁云宣张敏
(北京工商大学材料科学与工程系,北京,100048)
摘要聚乳酸(PLA)是以玉米淀粉制得的乳酸为原料而合成得到的一种高分子材料,具有良好
生物相容性、可生物降解性,较好的拉仲强度,但是其韧性較差而限制了其应用范国。本文综述了对其
增韧放性的一些方法以及用于PLA增韧的一些改性助剂的性能及其用于PLA增韧改性的研究进展。
关键词聚乳酸增韧改性助剂综述
doi:10.3969/j.issn.1672-6294.2016.03.003
Advance on Research of Toughening Modification of Poly(lactic acid y
Liu Zhiyang Weng Yunxuan "Zhang Min
( School of Materials Science and Mechanical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing, 100048
Abstract: Poly(lactic acid)(PLA)is a polymer which is synthesized from lactic acid obtained from corn
starch. PLA shows good biocompatibility, biode radability, and tensile strength, but poor toughness, which great-
ly limits its application. In this paper, methods of toughening modification of PLA and the properties, research
progress of toughening additives for PLA were reviewed
Key words: Polylactic acid; toughing; modification; additives; review
聚乳酸( polylactic acid,PLA)是以玉米淀粉作用。
制得的乳酸为原料而合成得到的一种高分子材1.1.1接枝
料,可生物降解,具有良好生物相容性和力学
接枝共聚,是在聚乳酸的分子链上通过化学
刚性,已被广泛应用于医学材料食品包装、服装、键结合适当的支链或功能性侧基上,反应接枝上
日用塑料、农用品、电器以及3D打印?等领域。另一组分,形成接枝共聚物,这种接枝共聚物可以
但是,PLA又是一种脆性材料],耐冲击强度低,在漿乳酸和其他聚合物共混时起到相容剂作用,
使其应用领域受到了限制“。PLA韧性的提高,从而改善聚乳酸共混物的力学性能
可以通过化学改性如交联、共聚等手段来实现,也
R Gallego等将PLA通过反应性挤出接枝
可以通过物理改性如共混其他韧性材料、添加増聚乙烯(PE)、丙交酯与PE-OH的开环聚合嵌段
初剂等来实现。
共聚物和丙交酯与聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g
1化学改性
MAH)的开环聚合分别得到不同共聚物,然后在
研究PLA和高密度聚乙烯(HDPE)共混时,分别
1.1共聚
加入以上3种自制PLA-PE无规共聚物作为增容
共聚改性增韧,是通过接枝或嵌段共聚的方剂。加入丙交酯与PE-OH的开环聚合嵌段共聚
法改变PLA的分子化学结构,在PIA分子链上引物增容剂后,共混物表现出集中的粒径分布和尺
人另一种柔性结构分子链,使整体分子链的规整寸的稳定性,两相界面黏附力显著增加,基体相和
度下降,或削弱高分子链间的相互作用,起到增韧分散相相互作用增加,从而表现出较好的拉伸
性能
李雪?等通过熔融共混的方法,在聚乳酸
收稿日期:2016-05-18
(PLA)中加入不同质量分数的滑动接枝聚合物
第3期
刘志阳,等.聚乳酸增韧改性研究进展
(SCC),对其进行增韧改性。研究结果表明:PLA烯共聚物)在受到冲击时,由于其模量低,粒子容
和SCC粒子呈现典型的“海-一岛”结构,SGC粒子易发生形变,与聚合物共混时,产生了脱粘与空
尺寸范围在0.8~4.1um。含20%(wt)SCC的洞,释放出三轴静张应力,吸收了能量,起到增韧
PLA/SGC共混物的断裂伸长率和缺口冲击强度的作用。肖湘莲研究了两种抗冲改性剂ACR
比纯PLA分别提高了6倍和2倍,说明SGC能够和MBS对PLA体系的增韧性能的影响,两种抗
有效地对PLA进行增韧改性。
冲改性剂都能提高PLA的冲击强度和断裂伸长
1.2嵌段
率。MBS用量为5%时,PLA的冲击强度提高到
嵌段共聚物,是将两种或两种以上性质不同11.8kJ/m2,比纯PILA提高了140.8%,断裂伸长
的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合率从9%提高到20%;当ACR的用量为10%时,
物。具有特定结构的嵌段聚合物,会表现出与简PLA的冲击强度从4.9k/m2提高到约
单的线形聚合物以及许多无规共聚物甚至均聚物16.0k/m2,提高了226.5%,断裂伸长率提高
的共混物不同的性质,可用作共混相容剂、界面改到173%。
性剂等。
2.2共混增塑剂
聚己内酯(PCL)是一种可生物降解聚合物,
添加增塑剂会对PLA的分子链起到稀释作
具有低的玻璃化转变温度(t)。 Semba等?在用,降低高分子链间的作用力,在改善材料成型加
PLA与PCL的嵌段共混体系中加人少量的邻苯工性能的同时,提高断裂伸长率和冲击强度。
二甲酸二仲辛酯(DCP),进行原位反应增容,两者PLA常用的增塑剂有聚乙二醇及乳酸、甘油、柠檬
的相容性得到较显著的改善,体系的拉伸断裂伸酸酯、乳酸酯(如乳酸乙酯)、丁酸甘油酯和柠檬
长率也明显提高。 IHT Chiu等研究表明,PLA酸甘油酯等低相对相对分子质量化学物。
与PCL共混使得PLA韧性显著增加,当加入
Pilin等?发现PLA加入聚乙二醇(PEG)
PILA-PCL嵌段共聚物时, PLA/PCL共混物的断裂后,降低。同样,PLA添加聚丙二醇(PPG)后,
伸长率显著增加。
由于PG不结晶和低的特点,两者的加人能够
1.2交联PA
降低PIA分子链间的作用力,都能有效增塑
PLA由于含有-OH和-COOH基团,因此PLA151?。 Geyter等研究表明在PLA中添加
可用带有多功能基团的聚合物反应生成交联结构10%DOP后,熔体的表观黏度下降,加工性能得
的PLA,改善其韧性。
到了改善,DOP对PLA的耐热性及热稳定性影响
Akesson等?以季戍四醇、衣康酸和乳酸为也较小,但是断裂伸长率却达到147%,断裂伸长
原料,首次通过直接缩聚法合成四臂星形PIA,再率显著提高,柔韧性得到了很好改善。
加入不饱和酸酐对星形PLA的端羟基进行封端,2.3共混无机填料
加入引发剂使之交联固化。 Bhardwaj等?以
PLA结晶会有一定收缩,导致其制品收缩率
聚酐(PA)为交联剂,使羟磷灰石(HAP)在熔融过大,从模具出来后较易变形,尺寸不稳定,添加无
程中直接与PILA产生交联,以此对PLA进行增韧机填料,可适当降低其收缩率,从而促进其尺寸稳
改性。研究表明,与HAP/PLA的简单共混物相定。另一方