PLA性能不行?没有什么是改性解决不了的:与降解材料共混

PLA(polylactic acid)也称为聚乳酸,或者聚丙交酯(Polylactide)。PLA具有良好的生物相容性、可降解性和来源于生物原材料等特点,研究者认为PLA是应用前景最好的一种新型生物可降解高分子材料。
然而PLA在应用中也存在很多的不足: PLA的韧性比较差,缺少弹性以及柔性,质地硬而且脆性大,溶体强度相对较低,结晶速率过慢等,上述缺陷限制了其在很多方面的应用。PLA的化学结构中含有大量的酯键,导致其亲水性差,降解速率需要控制等。而且PLA 价格较高,增加了原料成本,也限制了其在商业上的推广。
因此,针对以上诸多缺点,对PLA进行改性成为近些年国内外相关科研人员主要研究的方向。以期改善材料性能和降解产品成本。
聚乳酸的改性方法一般分为化学改性和物理改性。化学改性主要是通过接枝交联等途径引入各种类型的功能化侧基(如羧基、氨基、羟基等)改变PLA主链的化学结构或表面结构,从而改善其脆性、疏水性及降解速度等性能;物理改性主要是通过添加增塑剂、纳米材料等改变PLA的机械、光学、热学等性能。物理改性的方法有填充改性、共混改性两大类。
这里主要探讨PLA与其他几种可降解材料的共混改性。
PLA与PBAT共混改性
各大超市和购物中心的可降解塑料袋,如果细心观察,就会发现几乎都是PBAT+PLA+St。
原因在于,PBAT质地软、拉伸性和延展性强、降解周期短,PLA质地硬而且脆、韧性差、降解周期长,因此把两者混合使用,是一种极好的协同改善性能的方法。而淀粉则在可降解的前提下还价格低廉,可以降低整体成本。
PLA与PBAT质量比:以PLA比例升高至40%为节点,材料拉伸强度先减小后增大,断裂伸长率先大幅度下降,随后保持平稳。如果PLA含量大于70%,则材料脆性过强无法吹塑成膜,因此PLA与PBAT的比例应根据添加剂情况维持在1:1左右。
PLA与PBS共混改性
PBS的熔点性能和力学性能与PE相当,但是相比于PBAT,PBS存在水解速率过快、贮存稳定性差的缺陷。
尹凌鹏等用PLA和PBS制备了PLA/PBS生物降解复合材料,研究了材料复合比例及双螺杆混炼工艺参数对PLA/PBS/Additives复合材料性能的影响,并探讨复合材料的耐候性、热性能及力学性能。结果表明,与纯PLA相比较,复合材料的弯曲强度仅降低了6.04%,而拉伸强度冲击强度分别提高了18.51%及32.73%,且经过960 h的紫外线加速老化试验,其拉伸强度保持率为95.72%,比纯PLA高45.56%。延伸率保持率为90.14%,比纯PLA高33.95%。
Li等把PLA与PBS进行共混,得到改性后的产物的熔点和结晶点都相对减少,但是其拉伸性能、断裂伸长率、生物相容性和抗冲击强度都有一定增加。
PLA与PCL共混改性
PCL是一种脂肪族聚酯,具有良好的溶解性、共混兼容性、绿色无生物毒性、生物相容性及力学性能。PCL的力学性能和聚烯烃类似,且具有很好的柔性和加工性。PCL的结构特点也使得它可以和许多的聚合物进行共聚和共混,与其它聚酯嵌段和接枝共聚,形成具有多组分微相分离结构特征的聚合物。
Ferri等研究将PLA与聚己内酯(PCL)进行共混改性,改性后的复合材料除了机械韧性有所提高外,当PCL的加入量少于22.5%时,还能使改性后复合材料的生物降解性能得到提高。
Orietta将硅氧烷分子添加到PCL和PLA混合物里,得到的复合材料在机械性能和断裂伸长率上都有所增加,并且有不低的杨氏模量。
PLA与PPC共混改性
将PPC和聚乳酸(PLA)进行熔融共混, 一方面可以改善PLA的柔韧性和气体阻隔性 , 另一方面也能提高PPC的强度和热性能,并且复合物依旧具有可观的生物降解性,应用前景非常可观。
由于PLA的抗冲击能力差、较脆等特性,可以用PPC-TPU来给PLA改性,提高PLA的韧性、储存稳定性以及成本,在不丢失PLA特点的同时,提高其他性能。PPC-TPU软缎中含有大量的 C—O和C—C单键,具有良好的弹性,硬段中含有强极性的芳香基等,可以与PLA的基团形成强烈的氢键作用,提高两者的相容性,为PPC-TPU增韧改性PLA提供了条件,且保持了透明性。
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