生物高分子復(fù)合材料plasanch界面相容性的改善

生物高分子復(fù)合材料plasanch界面相容性的改善

聚乳液（pla）也稱為聚丙醇酸，屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染,而且產(chǎn)品可以生物降解,實現(xiàn)在自然界中的循環(huán),因此是理想的綠色高分子材料。聚乳酸性能優(yōu)良,具有良好的透明性、機械性能及物理性能,適用于吹塑、熱塑等各種加工方法;相容性與可降解性良好,在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛。與其他合成高分子相比,聚乳酸韌性差、氣體阻隔性差,因此為改善聚乳酸的性能缺陷,將PLA與納米無機粉體復(fù)合,能夠改善其氣體阻隔性。通過與其他可生物降解塑料熔融共混,改善其韌性。淀粉(starch)是天然生物高分子,存在于玉米、馬鈴薯、土豆、小麥等植物的果實、根、莖中,淀粉通常是非熱塑性的,不能進行擠出、吹塑等加工,限制了淀粉塑料的應(yīng)用。淀粉在塑料上的應(yīng)用主要有以下3種:淀粉/聚烯烴、變性淀粉/聚烯烴、全淀粉塑料。與前兩種相比,全淀粉塑料在原料來源、降解能力、資金投入上有著不可比擬的優(yōu)勢。美國Wamer-Lamber公司、意大利Ferrizz公司等宣稱已研究成功含淀粉量在90%~100%的全淀粉塑料,在30d~1a內(nèi)完全生物降解而不留任何痕跡,無污染,可用于制造各種容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。全淀粉塑料的生產(chǎn)原理是使淀粉分子變構(gòu)而無序化,成為具有熱塑性能的淀粉樹脂,因此又稱為熱塑性淀粉塑料(TPS)。對于熱塑性淀粉的研究,已引起了全世界的共同關(guān)注。其主要研究方向包括兩個方面:增塑劑的研究與熱塑性淀粉機械性能的改善。作為兩種最具有潛力的綠色可降解高分子,淀粉與聚乳酸復(fù)合材料的研究早已展開。其研究目的主要是降低生產(chǎn)成本,改善PLA/starch的界面相容性,從而改善機械性能,最終取代現(xiàn)在市場上的石油高分子,如PP、PE。1提高pla-星界面的一致性的方法介紹1.1添加甘草、丙胺、酰胺和其他增塑劑增塑劑的加入不僅能夠使淀粉變構(gòu)化形成熱塑性淀粉,而且能夠改善聚乳酸與淀粉的界面相容性,提高材料的韌性,但也降低了其拉伸強度。1.2增加羥基的兼容性反應(yīng)劑的加入能夠起到擴鏈的作用,既將聚乳酸的羥基與淀粉或熱塑性淀粉的羥基通過反應(yīng)劑連接起來增加了其相容性,又能夠提高其拉伸強度,降低吸濕性。1.3可降解塑料接枝改性通過將PLA或是與PLA相容性較好的可降解塑料如PCL、PBSA等與淀粉進行接枝作為PLA和淀粉的相容劑,提高其拉伸強度,提高斷裂伸長率。2關(guān)于pla-worm結(jié)構(gòu)的改進研究2.1pla/stch改性JUNWUKPARK等制得PLA/TPS(水和甘油做增塑劑),發(fā)現(xiàn)甘油作為增塑劑改善了淀粉與聚乳酸界面的相容性,淀粉顆粒在聚乳酸中充當成核劑。TianyiKe等用甲苯二異腈酸酯和檸檬酸三乙酯作為PLA/starch的增容劑,發(fā)現(xiàn)含有甲苯二異腈酸酯PLA/starch拉伸強度遠大于不含甲苯二異腈酸酯PLA/starch。含有檸檬酸三乙酯PLA/starch斷裂伸長率顯著增加,脆性明顯改善。WangNing等用一步法擠出成型制得PLA/TPS(甘油和甲酰胺增塑)。發(fā)現(xiàn)隨著熱塑性淀粉含量的增加,熱塑性淀粉與PLA的相容性不斷增加。紅外光譜證明甲酰胺不僅能夠減弱淀粉之間形成氫鍵的相互作用,而且能夠顯著改善熱塑性淀粉與PLA的相容性。Jian-FengZhang等用馬來酸二辛酯増塑PLA/starch,發(fā)現(xiàn)馬來酸二辛酯的加入明顯使PLA&淀粉試樣的斷裂伸長率增加。當馬來酸二辛酯質(zhì)量含量低于8%時,馬來酸二辛酯起到相容劑的作用;但當馬來酸二辛酯質(zhì)量含量超過10%時,馬來酸二辛脂起到增塑劑的作用。若在此時加入馬來酸酐,會使PLA&淀粉共混物拉伸強度明顯增加,并且不影響斷裂伸長率。馬來酸酐與馬來酸二辛酯起到各自的作用,相互并不影響。2.2pla/dtps反應(yīng)ChangLimJun利用不同異腈酸酯作為反應(yīng)劑,反應(yīng)擠出成型制得PLA/starch,發(fā)現(xiàn)長鏈結(jié)構(gòu)的異腈酸酯使復(fù)合材料的拉伸強度增加,加入乙烯-丙烯、丙三醇共聚物能夠顯著改善PLA/starch相容性,提高斷裂伸長率,并且發(fā)現(xiàn)分兩步法反應(yīng)擠出成型比一步法反應(yīng)擠出成型PLA/starch斷裂伸長率和拉伸強度均得到提高。NingWan等人用一步法反應(yīng)擠出成型并制得含有檸檬酸(CA)的PLA/DTPS(甘油塑化干淀粉),發(fā)現(xiàn)檸檬酸的加入能夠顯著降低PLA&DTPS的熔體黏度,改善了PLA/DTPS的相容性。并且由于檸檬酸能夠與淀粉、PLA相互反應(yīng),故試樣的拉伸強度增加。材料吸濕性也明顯下降。檸檬酸是天然物質(zhì),其來源廣泛,并且無毒,作為反應(yīng)劑增加PLA/DTPS的界面相容性,更適合作為可降解塑料的反應(yīng)劑。VictorHOrozco等人反應(yīng)擠出成型制得PLA-g-MAH/starch。發(fā)現(xiàn)PLA-g-MAH與淀粉界面相容性明顯改善,拉伸強度明顯提高。居學(xué)成等人利用羥丙基改性淀粉作為填充劑,在偶聯(lián)劑作用下與聚乳酸共混、擠出制備聚乳酸/羥丙基淀粉復(fù)合降解型材料,發(fā)現(xiàn)拉伸強度與斷裂伸長率隨著羥丙基淀粉含量的增加先減小后增大,其吸水性增加,并且隨著淀粉取代度的增加材料的沖擊韌性增加。2.3pla-g-aa產(chǎn)品的應(yīng)用Chin-SanWu利用擠出成型制得PLA-g-AA/PLA/starch,發(fā)現(xiàn)添加PLA-g-AA的試樣,其斷裂伸長率和拉伸強度均得到提高,并且淀粉顆粒在聚乳酸中分散得更加均勻,改善了淀粉與PLA的相容性。在高填充淀粉的試樣中,加入PLA-g-AA的試樣吸濕性明顯小于未加入PLA-g-AA的試樣。JiahuiYu等利用擠出成型制得PCl-g-淀粉納米晶/PLA。發(fā)現(xiàn)僅含5%的PCL-g-納米晶的共混物,其拉伸強度和斷裂伸長率達到最高,斷裂伸長率可達純PLA的10倍以上。3增塑劑的使用聚乳酸作為生物可降解塑料,其來源廣泛,乳酸單體可利用天然纖維素等制得,淀粉作為一種天然高分子,與其他合成可降解材料相比有著不可比擬的優(yōu)勢。熱塑性淀粉的研究重點在增塑劑的種類、用量、以及不同增塑劑的配合使用。熱塑性淀粉使用的增塑劑主要是甘油、甲酰胺等,且增塑劑加入量均在30%左右,開發(fā)新型高效的增塑