聚乳酸擴(kuò)鏈改性及其納米復(fù)合材料的研究.pdf

1、聚乳酸是一種環(huán)境友好型高分子聚酯材料，具有優(yōu)異的生物相容性和生物可降解性。與傳統(tǒng)塑料相比，合成聚乳酸的單體來(lái)源豐富且具有可再生性。聚乳酸在使用時(shí)與普通塑料性能相當(dāng)，使用后可降解為H2O和CO2，對(duì)人體及環(huán)境無(wú)毒副作用，能夠有效減少“白色污染”。由于聚乳酸的力學(xué)性能、親水性能和熱穩(wěn)定性能等較差，從而限制其發(fā)展與應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)不同方法改性聚乳酸，增強(qiáng)其性能從而適應(yīng)不同的應(yīng)用要求。本課題主要研究了擴(kuò)鏈改性聚乳酸和納米氧化鋅復(fù)合改性聚乳酸。

2、r>　　(1)擴(kuò)鏈合成乳酸基聚酯酰胺。以辛酸亞錫和對(duì)甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），采用梯度升溫法，將乳酸(LA)與馬來(lái)酸酐(MAH)在160℃、0.096MPa下直接熔融縮聚得到聚乳酸-馬來(lái)酸酐共聚物P(LA/MAH)，再以2，2’-（1，3-亞苯基）-二噁唑啉（1，3-PBO）為擴(kuò)鏈劑，擴(kuò)鏈后得到可生物降解的聚酯酰胺PEA。分別采用烏氏黏度計(jì)、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、核磁共振分析儀(1H-NMR)、示差掃描量熱分析

3、儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、X-射線衍射分析儀(XRD)等對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征與測(cè)定。結(jié)果表明:擴(kuò)鏈反應(yīng)最佳條件為壓力0.096MPa，溫度160℃，摩爾比n(-COOH)/n（-oxazoline）=1/1.6，反應(yīng)時(shí)間20min，所得PEA的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)可達(dá)50097。結(jié)果表明，加入擴(kuò)鏈劑后，由于向聚乳酸-馬來(lái)酸酐共聚物分子鏈段中引入了剛性基團(tuán)，限制了分子鏈的活動(dòng)，從而使擴(kuò)鏈后的產(chǎn)物玻璃化溫度（Tg）增

4、加。但是剛性基團(tuán)的引入破壞了聚合物鏈的對(duì)稱性及規(guī)整性，擴(kuò)鏈后的產(chǎn)物結(jié)晶能力下降，其結(jié)晶度僅為0.87％，呈無(wú)定型態(tài)，其柔韌性比PLA有所增強(qiáng)。擴(kuò)鏈后的產(chǎn)物熱穩(wěn)定性能提高。
　　(2)擴(kuò)鏈改性塑性端羧基聚乳酸。以檸檬酸(CA)和乳酸(LA)為單體，辛酸亞錫和對(duì)甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），在160℃、0.096MPa下直接熔融縮聚8h得到端羧基聚乳酸-檸檬酸共聚物P(LA/CA)后，用1，3-PBO進(jìn)行擴(kuò)鏈改性，當(dāng)壓力為0.09

5、6MPa，聚合溫度為155℃，摩爾比n(-COOH)/n(-oxazoline)=1/1.2時(shí)，反應(yīng)12min，所得擴(kuò)鏈產(chǎn)物的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)可達(dá)68753。分別采用烏氏黏度計(jì)、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、核磁共振分析儀(1H-NMR)、示差掃描量熱分析儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、X-射線衍射分析儀(XRD)等對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征與測(cè)定。DSC結(jié)果說(shuō)明，擴(kuò)鏈產(chǎn)物的玻璃化溫度增加，Tg值高達(dá)57.2℃

6、。TGA結(jié)果表明，擴(kuò)鏈后產(chǎn)物的起始熱分解溫度達(dá)到270℃，其熱穩(wěn)定性能明顯提高。XRD測(cè)試結(jié)果表明，P(LA/CA)屬于嵌段共聚物，容易結(jié)晶，向其中引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)后，限制了鏈的活動(dòng)性，從而使結(jié)晶能力降低。
　　(3)制備聚乳酸納米氧化鋅復(fù)合材料。采用均勻沉淀法，當(dāng)n[Zn+]/n[CO(NH2)2]=1/4時(shí)，90℃恒溫水浴反應(yīng)2h，得到比表面積為15.866m2/g的納米氧化鋅。以此為原料，與乳酸單體發(fā)生原位聚合反應(yīng)，當(dāng)壓力為0.

7、096MPa，以0.5％的辛酸亞錫和對(duì)甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），納米氧化鋅的添加量為0.5wt％時(shí)，反應(yīng)13h，復(fù)合材料的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)為28235。分別采用烏氏黏度計(jì)、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、示差掃描量熱分析儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、掃描電子顯微鏡(SEM)等對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征與測(cè)定。FT-IR結(jié)果證實(shí)，乳酸和納米氧化鋅之間發(fā)生了原位聚合反應(yīng)，納米氧化鋅成功地接枝在聚乳酸分子鏈中