环境友好型材料增韧改性聚乳酸研究进展
发布时间：2021-10-24 16:48
生物基热塑性聚乳酸（PLA）具有高强度、高模量和良好的生物降解性和生物相容性,有望取代部分传统的石油基聚合物.然而, PLA固有的脆性、低热变形温度和相对较高的成本阻碍了其广泛应用.本文简述了聚合物的增韧机理,综述了近年来采用可降解聚酯、生物基弹性体、天然高分子及其衍生物、纳米材料以及目前市售抗冲改性剂等环境友好型材料增韧改性聚乳酸的研究进展.提出了从分子结构设计出发制备出不以牺牲PLA强度为代价,又能提高其韧性的环境友好型材料.该材料与聚乳酸既有较好的界面黏接强度,又能在复合材料发生冲击断裂时引发基体产生空穴-银纹来吸收与转移冲击能.此外,在提高基体韧性的同时还应考虑提高PLA的结晶速率及其结晶度,从而提高复合材料的热变形温度.
【文章来源】：中国科学:化学. 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
熔融共混过程中PLA、PBS和EGMA之间可能发生的原位反应[16](网络版彩图)
Wu等[22]采用反应熔融共混法将乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMA-GMA)弹性体及磷酸锆(Zr P)加入到PLA基体中,用于提高其韧性,其中PLA/EMA-GMA/Zr P(82/15/3)纳米共混物的冲击强度为65.5 k J/m2,比纯PLA高约22倍.EMA-GMA和Zr P的分子结构如图2所示.通过观察样品断面的电子显微镜图发现,在纳米共混物中可以看到典型的核-壳形态,即Zr P被EMA-GMA相包裹,从而导致塑性变形.因此,PLA的超韧效应主要通过良好的界面相容性及EMA-GMA与Zr P在PLA基质中的协同作用而产生的大的剪切屈服形变得以实现的.Chen等[23]以PLA、聚甲基丙烯酸甲酯接枝天然橡胶(NR-PMMA)和天然橡胶(NR)为原料,采用过氧化物诱导动态硫化法,成功制备了具有平衡刚度和韧性的三元热塑性硫化胶(TPVs),制备过程及增韧机理如图3所示.当NR和NR-PMMA的添加量各为10%时,PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的拉伸强度为41.7 MPa(比纯PLA降低了38%),冲击强度高达91.30 k J/m2(约为纯PLA的32倍),具有优异PLA/橡胶界面黏结性能的软质NR核和硬质NR-PMMA壳的柔韧性是PLA/NR-PMMA/NR三元TPV超韧性和高拉伸强度的主要原因.
Deng等[26]将乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体(EGMA)和PLA以20/80的比例熔融共混,经测试缺口抗冲击强度为35 k J/m2,断裂生长率为316%.将相同比例的共混物在高于玻璃化转变温度(56℃)以上(70或80℃)进行退火处理后,材料的缺口冲击强度显著提高达到最高值92 k J/m2,约为纯聚乳酸的52倍,虽然断裂伸长率稍有下降,但依然保持在120%以上.根据实验结果,作者认为冲击强度的明显提高可以用负压效应来解释,这是由于淬火过程中EGMA和PLA组分的热膨胀系数不匹配,以及由于冷结晶过程中PLA基质的结晶导致体积进一步收缩所致.另外,共混物经过热退火处理后,PLA基质的结晶度增加,这种超韧的二元共混物显示出更高的热变形温度.图4 咪唑类溴丁基橡胶离聚物的结构及其合成路线[25](网络版彩图)
【参考文献】：
期刊论文
[1]环境友好型增塑剂增韧聚乳酸的最新研究进展[J]. 彭少贤,蔡小琳,胡欢,赵西坡. 材料导报. 2019(15)
[2]两种抗冲改性剂增韧聚乳酸体系力学性能研究[J]. 肖湘莲. 塑料科技. 2014(08)
本文编号：3455624
【文章来源】：中国科学:化学. 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
熔融共混过程中PLA、PBS和EGMA之间可能发生的原位反应[16](网络版彩图)
Wu等[22]采用反应熔融共混法将乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMA-GMA)弹性体及磷酸锆(Zr P)加入到PLA基体中,用于提高其韧性,其中PLA/EMA-GMA/Zr P(82/15/3)纳米共混物的冲击强度为65.5 k J/m2,比纯PLA高约22倍.EMA-GMA和Zr P的分子结构如图2所示.通过观察样品断面的电子显微镜图发现,在纳米共混物中可以看到典型的核-壳形态,即Zr P被EMA-GMA相包裹,从而导致塑性变形.因此,PLA的超韧效应主要通过良好的界面相容性及EMA-GMA与Zr P在PLA基质中的协同作用而产生的大的剪切屈服形变得以实现的.Chen等[23]以PLA、聚甲基丙烯酸甲酯接枝天然橡胶(NR-PMMA)和天然橡胶(NR)为原料,采用过氧化物诱导动态硫化法,成功制备了具有平衡刚度和韧性的三元热塑性硫化胶(TPVs),制备过程及增韧机理如图3所示.当NR和NR-PMMA的添加量各为10%时,PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的拉伸强度为41.7 MPa(比纯PLA降低了38%),冲击强度高达91.30 k J/m2(约为纯PLA的32倍),具有优异PLA/橡胶界面黏结性能的软质NR核和硬质NR-PMMA壳的柔韧性是PLA/NR-PMMA/NR三元TPV超韧性和高拉伸强度的主要原因.
Deng等[26]将乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体(EGMA)和PLA以20/80的比例熔融共混,经测试缺口抗冲击强度为35 k J/m2,断裂生长率为316%.将相同比例的共混物在高于玻璃化转变温度(56℃)以上(70或80℃)进行退火处理后,材料的缺口冲击强度显著提高达到最高值92 k J/m2,约为纯聚乳酸的52倍,虽然断裂伸长率稍有下降,但依然保持在120%以上.根据实验结果,作者认为冲击强度的明显提高可以用负压效应来解释,这是由于淬火过程中EGMA和PLA组分的热膨胀系数不匹配,以及由于冷结晶过程中PLA基质的结晶导致体积进一步收缩所致.另外,共混物经过热退火处理后,PLA基质的结晶度增加,这种超韧的二元共混物显示出更高的热变形温度.图4 咪唑类溴丁基橡胶离聚物的结构及其合成路线[25](网络版彩图)
【参考文献】：
期刊论文
[1]环境友好型增塑剂增韧聚乳酸的最新研究进展[J]. 彭少贤,蔡小琳,胡欢,赵西坡. 材料导报. 2019(15)
[2]两种抗冲改性剂增韧聚乳酸体系力学性能研究[J]. 肖湘莲. 塑料科技. 2014(08)
本文编号：3455624
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