□劉 鈺

一、引言

目前，以二氧化碳(CO2)為主的溫室氣體引發(fā)的包括拉尼娜、厄爾尼諾在內(nèi)的許多全球氣候異?，F(xiàn)象，已經(jīng)給地球生態(tài)帶來非常嚴重的后果，如冰川融化、海平面上升、干旱蔓延、荒漠化和世界糧食減產(chǎn)等，已經(jīng)嚴重影響了全球生態(tài)系統(tǒng)和人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。并且隨著地球CO2濃度升高，這種惡化仍在繼續(xù)。長此以往溫室效應(yīng)將會給人類帶來嚴重環(huán)境危機，阻礙人類的發(fā)展。面對日益嚴峻的形勢，人類對溫室效應(yīng)所帶來的氣候變化給予了極大的關(guān)注，加強CO2的開發(fā)利用、變廢為寶已是當務(wù)之急。將二氧化碳固定為全降解塑料的相關(guān)研究在這種局勢下應(yīng)運而生。由CO2與環(huán)氧丙烷(PO)生成的聚碳酸亞丙酯(PPC)正是因為具有較好的綜合性能及較低的成本，而擁有良好的市場前景和競爭優(yōu)勢，成為二氧化碳共聚酯中的佼佼者。

二、聚碳酸亞丙酯PPC的特征

PPC作為CO2與PO的交替共聚物，是可完全生物降解的新型高分子。在常溫下PPC的密度為1.29g/cm3。PPC在23℃的抗張強度為29MPa左右，抗張模量為950MPa，斷裂伸長率可達604%，PPC還具有高阻隔性，低透氧率，透明，耐熱水，耐油等特點，可與傳統(tǒng)塑料媲美。有望廣泛應(yīng)用于農(nóng)用薄膜、食品保鮮、日用雜品、一次性餐具、可降解塑料袋、泡沫塑料板材及兒童玩具等市場領(lǐng)域。

除此之外，還有研究表明，PPC薄膜在酸或堿性溶液中都可發(fā)生化學(xué)降解，并且能夠提高薄膜吸水能力。通過土壤埋藏法研究PPC的降解行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在6個月后土壤埋藏的PPC膜表面變粗糙，說明PPC具有一定的生物降解性。而將PPC植入老鼠腹腔內(nèi)其降解沒有引起炎癥，則能夠表明PPC具有生物相容性，可作為醫(yī)用高分子材料應(yīng)用?？梢奝PC優(yōu)越的應(yīng)用前景不僅僅局限于日用化工行業(yè)，還能應(yīng)用于醫(yī)用材料行業(yè)。

盡管PPC已有如此優(yōu)越的應(yīng)用前景，但真正要涉及到實際應(yīng)用中仍有不少缺陷:一是主鏈上存在醚鍵，鏈段容易繞醚鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)，鏈的柔性較大，玻璃化溫度較低;二是鏈柔性較大，鏈間作用力較小。廣角X射線衍射(WAXD)證明PPC無結(jié)晶峰，差示掃描量熱法(DSC)測得PPC無熔融溫度，說明PPC本質(zhì)上是非晶的，低溫或拉伸取向結(jié)晶性也很差;三是高溫下，端羥基會引起酯類醇解，發(fā)解拉鏈式降解，熱穩(wěn)定性較差。所以，若要將PPC作為通用材料使用，還需對其改性增強。考慮到PPC的熱穩(wěn)定性、機械強度等一系列問題，人們通常采用共混、交聯(lián)共聚等方法以改變PPC的鏈結(jié)構(gòu)及端基狀況，希望使共聚物的性能得以改善，提高其如生物降解性能、熱穩(wěn)定性等某一方面的性能。選擇適合的材料與PPC共混制備復(fù)合材料，在改善PPC的性能方面有很明顯的成效。例如，PPC與丁腈橡膠(NBR)共混后具有良好的耐油耐熱氧老化性能，有比普通丁腈橡膠更好的機械性能。PPC與有機蒙脫土(MMT)共混后機械性能和熱氧老化性能有明顯的改善。將PPC與聚乙二醇(PEG)共混改性后，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和分解溫度明顯提高，熱穩(wěn)定性得到改善，親水性增強，PPC生物降解性能加倍提高。

三、聚乳酸PLA的特性

聚乳酸(PLA)又名聚丙交酯，一般是從植物中提取淀粉為主要原料，經(jīng)過酶分解得到葡萄糖，再經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后變成乳酸，最后經(jīng)過化學(xué)合成得到高純度的聚乳酸，它是一種具有優(yōu)良的生物相容性、可生物降解性和生物可吸收性的物質(zhì)。PLA是一種熱塑性生物可降解脂肪族聚酯，聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中，可在30d內(nèi)徹底地被分解成為二氧化碳和水，然后在太陽光的照射作用下，它們又會分解為淀粉的起始原料。可見，該材料不會對環(huán)境造成污染，并且是一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料。

PLA玻璃化溫度50℃，熔點175℃，具有良好的光澤性和透明度，強度高，延展性好但易水解。可被加工成薄膜、纖維或柱狀體等制品，所制薄膜與聚苯乙烯薄膜的性能相當。其廢棄物在自然環(huán)境下可完全生物降解，最終產(chǎn)物為CO2和H2O。PLA還是一種具有良好生物相容性的生物降解材料，在人體內(nèi)可以降解成乳酸，進入三羧酸循環(huán)，最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，對人體無毒無害，是當前醫(yī)學(xué)上應(yīng)用最多的合成可降解聚合物之一。它在醫(yī)用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用為藥物緩釋材料、體內(nèi)植入材料、手術(shù)縫合線、骨科固定材料以及組織工程材料等。除在醫(yī)用領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用之外，作為一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料，PLA也已經(jīng)成為新型綠色環(huán)保包裝材料中的一顆新星。盡管PLA性能優(yōu)異，但是由于PLA的價格目前比較昂貴、以及材料本身脆性較大，故在極大程度上限制了它的應(yīng)用。因此，通過與其它高分子共聚或共混來改性是一個比較好的選擇。

四、聚碳酸亞丙酯PPC/聚乳酸PLA復(fù)合材料的合成

將兩種或兩種以上聚合物經(jīng)過混合制備成宏觀均勻材料的過程稱為共混改性。一般包括物理共混、化學(xué)共混和物理化學(xué)共混三種情況。高分子材料最簡單而直接的改性方法是共混改性。利用共混技術(shù)將不同性能的高分子材料共混，可以大幅度提高聚合物的性能，也可以利用不同高分子材料在性能上具有的互補性來制備性能優(yōu)良的新型聚合物材料，還可以實現(xiàn)將價格昂貴的高分子材料與價格相對低廉的高分子材料共混，在不降低或略微降低前者性能的前提下降低生產(chǎn)成本，因此具有工藝過程簡單方便、可操作性強、應(yīng)用范圍廣等明顯優(yōu)點，是應(yīng)用最廣的改性方法之一。

聚合物共混改性是實現(xiàn)高分子材料精細化、功能化和發(fā)展新晶種的重要途徑。通過人為的方法，經(jīng)混合、分散操作，使材料在力學(xué)、熱學(xué)、流變學(xué)及其它方面的性能得以改變，從而制得與原組分性能不同的聚合物共混物。由于聚合物共混物具有性能優(yōu)異、加工周期短、價格低廉等特點，聚合物共混改性不僅能滿足生產(chǎn)實踐中對材料多層次的需求，而且豐富了高分子材料科學(xué)的研究內(nèi)容，推動了高分子材料研究領(lǐng)域在深度和廣度方向的不斷發(fā)展。制備聚合物共混物的方法主要有三大類，物理共混法、共聚—共混法、互穿高分子網(wǎng)絡(luò)法。

通過聚合物共混改性，我們可以在現(xiàn)有聚合物的基礎(chǔ)上制得種類更多、性能更優(yōu)異、能適應(yīng)多層次需求的新型聚合物材料，這種改性手段對拓展高分子材料應(yīng)用領(lǐng)域、滿足生產(chǎn)需要，具有十分重要的意義:一是均衡各組分(高分子)之間的性能，取長補短，消除單一高分子組分在性能上的缺陷，從而獲得綜合性能更加理想的高分子材料。二是使用少量某種高分子作為另一種高分子的改性劑，改善目標高分子材料的性能，取得顯著的改性效果。三是改善高分子的加工性能，將流動性好的高分子作為改性劑，在不影響其他性能的基礎(chǔ)上降低高分子材料的加工使用溫度。四是利用共混改性法可以賦予高分子材料更多的特殊性能，使得材料應(yīng)用范圍更廣。五是對某些性能卓越，但價格昂貴的工程塑料，可通過共混，在不影響使用要求條件下降低原材料成本。六是隨著人類對環(huán)境保護的日益重視，聚合物共混改性為廢棄塑料的回收利用提供了有效的方法和手段，現(xiàn)已引起了人類的高度重視。聚合物共混改性為高分子材料科學(xué)的發(fā)展提供了新的研究方向。在短短幾十年的發(fā)展里，共混改性的理論研究取得了一系列研究成果，如相容性理論、形態(tài)結(jié)構(gòu)的控制、相分離動力學(xué)、共混物的界面設(shè)計及增韌機理等。有限元分析、宏觀和微觀力學(xué)、計算機模擬等方法的引入，為揭示共混物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系提供了一個有力的武器。同時，共混改性的方法也大大改進，反應(yīng)擠出技術(shù)、互穿聚合物技術(shù)、動態(tài)硫化技術(shù)、固態(tài)剪切擠塑技術(shù)及分子復(fù)合技術(shù)等方法層出不窮。機械制造、自動化技術(shù)以及計算機科學(xué)的發(fā)展促進了高分子材料成型加工設(shè)備的進步，為共混改性的深入發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。