多尺度聚酯弹性体粒子改性聚乳酸的研究

发布时间：2020-05-07 23:37

【摘要】：聚乳酸(PLA)是一种具有良好的生物降解性能和生物相容性能的高分子材料,但其结晶速率慢和韧性差等缺点限制了它的应用范围。虽然应用弹性体粒子熔融共混PLA是一种简单高效的PLA改性方法,然而在目前已知的报道中,关于弹性体粒子的粒径对PLA各性能的影响还缺乏更深入的研究。本文设计制备了具有多种粒径尺度的可生物降解的聚酯弹性体粒子(BEP),将BEP直接与PLA进行熔融共混,制备了几种PLA/BEP复合材料,并探讨了不同粒径和含量的BEP对PLA复合材料的力学性能、结晶性能、降解性能和细胞相容性等性能的影响。1.PLA/BEP复合材料的制备。以脂肪族的二元醇和二元酸(酸酐)为原料,通过熔融缩聚合成不饱和聚酯,将其进行乳化、电子束辐射以及喷雾干燥,制备了粒径分别为50 nm、150 nm、300 nm、500 nm以及1μm的BEP,然后将多种尺度的BEP分别与PLA熔融共混,制得PLA/BEP复合材料。2.PLA/BEP复合材料的力学性能研究。通过对PLA/BEP复合材料的拉伸性能和冲击性能测试可知,随着BEP的粒径和含量的增加,PLA/BEP复合材料的断裂伸长率明显增大,冲击强度和储能模量也有所升高。粒径为1μm的BEP将PLA复合材料的断裂伸长率由纯PLA的2.8%提高至39.8%;粒径为500 nm的BEP将PLA复合材料的缺口冲击强度由纯PLA的2.79 kJ/m~2提高至4.99 kJ/m~2;复合粒径为50 nm和300 nm的BEP将PLA的无缺口冲击强度由18.57 kJ/m~2提高至52.60 kJ/m~2,具有协同改性PLA的效果。经典的逾渗模型理论不适用于解释本文多尺度的BEP改性PLA。扫描电镜观察发现,PLA/BEP复合材料的断面粗糙不平,存在大量银纹与孔穴,PLA基体材料出现明显的塑性形变。3.PLA/BEP复合材料的结晶性能研究。差示扫描量热仪、X射线衍射仪、偏光显微镜等测试结果表明,减小BEP的粒径或者增加BEP的含量,均能够提高PLA/BEP复合材料的结晶度,减小球晶尺寸,增大结晶密度,降低结晶温度,缩短半结晶时间,提高结晶速率。在PLA中添加5 phr粒径为50 nm的BEP可将PLA熔融结晶的半结晶时间由10.20 min缩短到8.12 min,添加10 phr粒径为50nm的BEP可将PLA冷结晶的半结晶时间由224 s缩短到103 s。此外,多尺度BEP的加入均降低了PLA的T_g,还可以促使PLA生成?'晶型。4.PLA/BEP复合材料的降解性能和细胞相容性能研究。通过PLA/BEP复合材料分别在脂肪酶溶液、不同PH值水溶液以及土壤中的降解实验发现,随着BEP粒径的减小和含量的增加,PLA/BEP复合材料的质量损失率均逐渐增大。当在PLA中加入10 phr粒径为50 nm的BEP时,PLA/BEP复合材料在pH=13的NaOH溶液中降解25天后的质量损失率超过了98%,在土壤环境中降解4个月后的质量损失率是纯PLA的近4倍。MTT法测试结果表明,PLA/BEP复合材料均无明显细胞毒性,具有良好的细胞相容性能。PLA及其复合材料所培养的L929细胞贴壁生长状态良好,细胞增值率均在75%以上。
【图文】：

升降温速率均为 10 °C/min，得到 DSC 曲线。测试度仪对辐射硫化后聚酯乳液的粒径进行测定。将聚为 0.1%，取 1.5 mL 左右乳液置于透明比色皿中进温 2 min，测试时间为 120 s。TGA)测试析仪对 BEP 以及 PLA/BEP 复合材料进行测试，取盘中，在氮气保护下，从室温升温至 600 °C，升温L/min。测试 PLA/BEP 复合材料，使用微型注塑机制成如图 2-试样条。注塑条件：物料预热 10 min，料筒温度为压时间为 9 s。测试条件：室温，相对湿度为 50±5 86 106 kPa。参考标准：GB/T1040.2-2006。

自身不会出现热分解，说明本实验所制备的多尺度的 BEP 均满足与 PLA进行熔融共混的加工条件。表 2-7 列出了各尺度 BEP 相应的热分解温度。由表中数据可知，1-BEP~4-BEP均出现了两个热分解峰，分解分两步进行。第一分解峰是残留的小分子及低聚物以及乳化剂等的分解峰；第二分解峰是 BEP 大分子的分解峰。5-BEP 只有一个热分解峰，和其所用乳化剂的含量较少以及粒子中残留的小分子物质较少有关，故只有一个大分子 BEP 的热分解峰。结合图 2-9 曲线和表 2-7 数据可知，随着 BEP 粒径的增大，BEP 的 5%失重率温度（Td5%）、10%失重率温度（Td10%）、半寿温度（Td50%）以及 DTG 曲线中各分解峰对应的温度均逐渐增大。这是因为粒径较大的 BEP 中所含的低分子量的乳化剂较少，整体热稳定性较高，并且测试样品的粒径不同，对热传导以及气体扩散的影响也不相同，而这种变化可导致反应速率和 TG 曲线形状的改变[150]。因此，BEP 的粒径越大，热分解反应速率越慢，热分解温度就越高。2.3.2.6 BEP 的微观形貌(a) (b)
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332

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本文编号：2653731