生物材料聚羥基脂肪酸酯P3-4HB和聚乳酸PLA的改性研究.pdf

1、生物可降解材料的研究是材料科學的一個重要的研究領域，是引領未來材料綠色發(fā)展的研究方向，也是生物材料最具有潛力的研究。生物高分子材料聚乳酸(PLA)是一種熱塑性的可降解生物材料，其具有拉伸強度高、易加工和原料來源豐富等優(yōu)點，但是其高彈性模量、抗沖擊性能差、結晶慢和生產成本高的缺點等， PLA的缺點導致其難以廣泛應用。聚3-羥基丁酸-co-4-羥基丁酸酯(P3/4HB)的種類很多，其中4HB含量為27％的P3/4HB是一種結晶性的硬塑料與有

2、彈性的橡膠態(tài)之間的過渡態(tài)的P3/4HB。TMC-306是一種粉末狀新型成核劑，直徑在100微米左右，價格低廉又可以促進PLA成核，有利于晶體的形成。GMA復合顆粒是一種含有8%的甲基丙烯酸縮水甘油酯復合顆粒，直徑約6 mm的顆粒，具有良好彈性透明體顆粒，可以提高PLA的韌性。
　　為了降低PLA和P3/4HB復合材料研究和生產成本，以及加快PLA的結晶、提高其韌性并且保持良好力學性能等。本文根據P3/4HB、TMC-306和GMA

3、復合顆粒的優(yōu)點，分別選用TMC-306、GMA復合顆粒與完全生物可降解的一種聚3-羥基丁酸-co-4-羥基丁酸酯(P3/4HB)一起改性聚乳酸 PLA。主要研究了TMC-306、GMA復合顆粒分別改性P(3HB-co-27%-4HB)/PLA復合材料的結晶性能、力學性能和材料之間相容性等等。
　　在PLA/ P(3 HB-co-27%-4HB)/TMC體系中，制備的TMC306復合材料具有一定的瓷白特性，可以制成具有瓷白效應的制品

4、。研究表明：在力學性能方面，當TMC加入2%-5%時，TMC復合材料的力學綜合性能有一定改善，拉伸強度無明顯下降，而抗沖擊強度顯著提高，斷裂伸長率也得到一定提高。例如TMC306加入復合材料PLA/P3/4HB為4:1時，即在P3/4HB為20%的填充含量時，并且加入 TMC3%時，抗沖擊強度太高，以至于測試機無法測出來，拉伸強度達到50.4MPa，斷裂伸長率達18.8%，彈性模量有3.0GPa；在熱學性能方面，對TMC復合材料進行熱重

5、分析儀(TGA)與示差掃描量熱法(DSC)的測試。從非等溫結晶和等溫結晶等方面測試的結果顯示TMC復合材料的熱學性能有明顯改善。例如在等溫結晶方面，當結晶溫度在95℃時，并且 P(3HB-co-27%-4HB)加入20%時，則可以將PLA的半結晶時間從26.3 min降為12.6 min。在材料之間相容性方面，從掃描電子顯微鏡（SEM）圖可知，沒有加TMC的復合材料，淬斷面無規(guī)整的紋理、粗糙，當TMC加入量在2%-5%時，材料之間的紋理

6、規(guī)整清晰光滑、規(guī)整性顯著提高，說明TMC的加入明顯促進了P3/4 HB和PLA的相容性，當TMC加入超過5%時，材料之間的紋理規(guī)整清晰降低、規(guī)整性無提高，還可以看到TMC不均勻分布在淬斷面，說明TMC加入量最適合比例2%-5%之間。
　　在PLA/P(3HB-co-27%-4HB)/GMA體系中：選用GMA復合顆粒和P3/4HB協同改性PLA，制備并對PLA和P3/4HB/GMA復合材料研究。研究表明：在力學性能方面，當PLA/P

7、3/4HB(95/5)、(90/10)及GMA加入1%-3%時，GMA復合材料的力學性能有一定改善，拉伸強度有下降，而抗沖擊強度提高明顯，斷裂伸長率也得到明顯提高。例如GMA加入復合材料PLA/P3/4HB為90:10時，即在P3/4HB為10%的填充含量時，并且加入GMA3%時，抗沖擊強度達58.9KJ/m2，拉伸強度達到46.4MPa，斷裂伸長率達13.7%，彈性模量有2.9 GPa；在熱學性能方面，對GMA復合材料進行熱重分析儀（

8、TGA）分析、示差掃描量熱法（DSC）分析。從非等溫結晶和等溫結晶等方面測試的結果顯示GMA復合材料的熱學性能有一定改善。例如在非等溫結晶方面，當第二次升溫時，當GM A加入3%時和P(3HB-co-27%-4HB)加入10%時，則可以將PLA的玻璃化轉變溫度從59.9℃升高到61.2℃，冷結晶溫度達93.7℃，熔融焓達到18.4J/g，結晶度為17.1%。在材料之間相容性方面，從掃描電子顯微鏡（SEM）圖可知， GMA加入量1%的復合