唐　燕　祁文軍　葛祥才

摘要：聚乳酸是人工合成的可生物降解的熱塑性脂肪族聚酯，是一種環(huán)境友好的材料，逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。文章采用溶液共混的方法制備了聚乳酸／聚丙撐碳酸酯復(fù)合材料。通過力學(xué)測(cè)試、DSC和SEM等分析，研究了聚乳酸和聚丙撐碳酸酯在不同質(zhì)量配比下，復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能的變化。

關(guān)鍵詞：聚乳酸；聚丙撐碳酸酯；共混改性；熱失重

中圖分類號(hào)：R322

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)14-0034-02

塑料已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中必不可少的材料和工具，為了解決“白色污染”問題，必須大力發(fā)展可生物降解塑料。聚乳酸(PLA)是一種可完全生物降解，對(duì)環(huán)境友好的脂肪聚酯類高分子材料，在體內(nèi)或自然界中逐漸降解，最終生成水和二氧化碳，因而被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的可生物降解的功能材料。聚乳酸不僅有良好的降解性，還有良好地生物相容。聚丙撐碳酸酯(PPC)則是一種新開發(fā)的可生物降解的聚合，到目前為止還沒見到PLA研究復(fù)合材料的微觀形態(tài)、復(fù)合材料的熱性能、PPC在改善PLA韌性等方面的問題，所以該共混體系是一種真正意義上的完全生物降解材料，克服了崩潰型生物降解材料的缺點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)部分

(一)所用原材料的預(yù)處理

PLA的處理：將顆粒狀的PLA原料放在搪瓷托盤里。然后一并放在真空干燥箱中，80℃條件下干燥24小時(shí)，處理好后放置在干燥器中備用。

PPC的處理：將塊狀的PPC原料剪切成極小的片狀，將其放在搪瓷托盤里，然后一并放在真空干燥箱中，80℃條件下干燥24小時(shí)，處理好后放置在干燥器中備用。

(二)聚乳酸，聚丙撐碳酸酯復(fù)合材料的制備

將聚乳酸(PLA)和聚丙撐碳酸酯(PPC)按一定比例(PPC用量10％，20％，35％，50％)將二甲基亞砜(DMSO)注入到燒瓶中，恒溫水浴，恒溫箱的溫度設(shè)置為80.0℃，打開直流攪拌機(jī)電源不停地?cái)嚢?，然后依次加入PLA，PPC，待完全溶解后，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，待冷卻至室溫，將混和好的溶液倒入盛有500ml無水乙醇的燒杯中，不停的攪拌，待沉淀完全后進(jìn)行抽濾，抽濾后放人干燥箱中進(jìn)行干燥，干噪箱的溫度設(shè)置為80.0℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)。

(三)復(fù)合材料的壓片成型

先將壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)調(diào)至120℃，等溫度穩(wěn)定后，將干燥好的復(fù)合材料樣品放置于模具中，再將模具置于兩加熱片之間，加熱4分鐘后，開始施加壓力至15～20MPa連續(xù)三次，然后加壓到20Mpa左右。保壓4分鐘后，實(shí)驗(yàn)機(jī)溫度設(shè)置為40℃。再通冷卻水直到溫度降至40℃取出模具。即得到片狀復(fù)合材料。

(四)復(fù)合材料的微觀形貌及熱性能測(cè)試

PLMPPC復(fù)合材料樣品利用日本電子產(chǎn)的JSM6380LV掃描儀對(duì)其兼容性及結(jié)晶性進(jìn)行觀察并記錄。將材料用同步熱分析儀(型號(hào)：STA449C，德國(guó)耐弛分析儀器有限公司)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試溫度范圍為30℃～60℃，升溫速率10℃/min，20mL/min氮?dú)獗Ｗo(hù)。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

(一)復(fù)合材料的微觀分析

對(duì)于共混物來說，研究形態(tài)結(jié)構(gòu)是非常重要的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)決定著性能。

為了更深入的考察材料表面的微觀形態(tài)，對(duì)不同組分的PLM/PPCV共混體系的情況進(jìn)行了SEM觀察。下圖為三種比例的PIA/PPC共混材料表面的SEM照片：

從上圖可以看到，聚乳酸，聚丙撐碳酸酯復(fù)合材料的斷裂面粗糙而且高低起伏不平，呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征。此外還可以看到明顯的聚丙撐碳酸酯，說明兩者兼容性較差。隨著聚丙撐碳酸酯含量的增加，作為連續(xù)相的聚乳酸與聚丙撐碳酸酯的兼容性提高，兩相界面的縫隙逐漸減小。

(二)復(fù)合材料的熱性能DSC分析

通常，熱分析是判斷共混物的一個(gè)非常有效的手段。

DSC圖如下：

PLMPPC復(fù)合材料的DSC曲線，同(1)相比此曲線在350℃附近出現(xiàn)一個(gè)主吸熱峰，較(1)相比主吸熱峰向右偏移，說明隨PPC含量的增加，PLA/PPC復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性也增強(qiáng)，但仍在150℃附近出現(xiàn)了極小的吸熱峰，可知其結(jié)晶性變化不大。比較純PLA，PPC的DSC曲線分析可知，純PLA為結(jié)晶性物質(zhì)，因此在150℃和350℃附近出現(xiàn)兩個(gè)吸熱峰，分別為熔融吸熱峰和分解吸熱峰。而復(fù)合材料在此兩處亦出現(xiàn)吸熱峰，因此可以判斷復(fù)合材料中應(yīng)含有未共混完全的PLA，但峰面積與(1)比較可知，明顯大于(1)。說明PPC含量越高其相容性越好。

通過DSC分析可知，PLA/PPC有一定的相容性，但共混物為部分相容的體系。

(三)復(fù)合材料的熱性能TG分析

共混體系的熱穩(wěn)定性通過熱失重分析來研究。

圖5、圖6中分別為PPC35％，PPC50％的TG圖。

從圖可見，各種比例的PLA/PPC共混物都顯示出明顯的進(jìn)一步熱失重，而且其熱失重溫度強(qiáng)烈依賴于共混物的組成。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，PLA/PPC共混體系顯示出兩個(gè)依賴于其組成的Tg，且位于兩個(gè)組圖PLA/PPC共混體系的DSC譜圖的Tg之間。因此PLA與PPC為部分相容的高聚物共混物。同時(shí)，在PLA/PPC共混體系當(dāng)中，PLA為結(jié)晶型高聚物，隨著PPC含量的增加，PLA/PPC共混體系的熔融溫度(Tm)逐漸降低，表明PPC與PLA之間存在著一定的相容性，且PPC含量越高，PLA/PPC復(fù)合材料的相容性越好。

PPC和PLA為部分相容的共混體系的原因是由于PPC和PLA都是高分子聚酯，二者的化學(xué)結(jié)構(gòu)有相似性，因此，二者存在著一定的相容性。又由于二者的極性不同，PLA極性大。而PPC極性相對(duì)較小，而且PLA為結(jié)晶性高聚物，而PPC為非結(jié)晶性高聚物，因此，PLA/PPC在結(jié)構(gòu)上有明顯的區(qū)別，二者不能完全相容。

PLA/PPC共混體系的熱加工溫度范圍比較寬，因此，PLA/PPC體系可以通過熔融共混的方法實(shí)現(xiàn)材料的充分混合和高度分散。

三、結(jié)論

聚乳酸(PLA)是一種無毒、可完全生物降解的聚合物。它不僅具有較好的化學(xué)惰性、易加工性，而且還具有良好的生物兼容性，是最有前途的可生物降解高分子材料之一。但PLA材料的性脆，抗沖擊性差，并且PLA是非晶體高分子，力學(xué)強(qiáng)度明顯不高，其在價(jià)格方面聚乳酸價(jià)格及其聚合工藝決定了PLA的成本較高。而在共混過程中，PLA與PPC之間存在著較強(qiáng)的相互作用。它們發(fā)生了酯化反應(yīng)和酯交換反應(yīng)，PPC破壞了PLA的結(jié)晶性。PPC與PLA的分子結(jié)構(gòu)相似，兼容性好。PPC的加入使PLA/PPC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度下降幅度不大，斷裂伸長(zhǎng)率較純PLA升高，PPC是一種有效的大分子增韌劑。在這些方面較PLA顯然有了很大改善，提高了其使用價(jià)值，發(fā)展前景廣闊。