聚乙二醇-可生物降解柔性聚酯多嵌段共聚物對聚乳酸及其共混物的改性.pdf

1、可生物降解材料聚乳酸(PLA)以植物淀粉為原料，具有良好的生物相容性、優(yōu)異的力學(xué)強度、透明性以及加工性，但是聚乳酸脆性大，韌性差，因而應(yīng)用范圍受到限制。為了提高聚乳酸的延展性和沖擊韌性，在保持聚乳酸材料的綠色環(huán)保性能的基礎(chǔ)上，常將聚乳酸與增塑劑或者可生物降解柔性聚酯進行熔融共混改性。聚乙二醇(PEG)為常用的增塑劑。針對增塑改性聚乳酸強度低、低分子量聚乙二醇易遷移、高分子量聚乙二醇會緩慢結(jié)晶，導(dǎo)致與聚乳酸發(fā)生相分離、PLA與可生物降解柔

2、性聚酯相容性差等問題，本文設(shè)計合成由與PLA相容的PEG和與PLA不相容的柔性聚酯組成的多嵌段共聚物，用作PLA的增塑增韌改性劑，期望一方面利用聚乙二醇鏈段的增塑作用提高PLA的延展性，另一方面利用聚乙二醇與PLA的相容性，增加柔性聚酯鏈段與PLA之間的相容性，從而有效提高材料的沖擊強度，并使PLA共混物保持足夠高的強度。此外，期望上述多嵌段共聚物能用于PLA/PBAT（聚（對苯二甲酸丁二醇-co-己二酸丁二醇酯））共混物的增容改性。<

3、br>　　針對聚乳酸的增塑與增韌問題，本文以NatureWorks的4032D牌號聚乳酸(PLLA)為改性對象，首先選用完全無定型的聚己二酸-1,2-丙二醇酯(PPA)作為可生物降解柔性聚酯鏈段，以六亞甲基二異氰酸酯(HDI)作為擴鏈劑，與PEG6000(E6k)進行擴鏈/偶聯(lián)，合成PPA含量分別為30 wt％、50 wt％和80wt％的E6kP30、E6kP50以及E6kP80，分別用于共混改性PLLA。DSC結(jié)果表明，PEG6000

4、擴鏈后結(jié)晶性顯著下降。而力學(xué)性能結(jié)果顯示，當共混物中聚乙二醇含量較高時，可以獲得延展性優(yōu)越的PLLA/E6kP共混物（斷裂仲長率250％），并保持19-25 MPa的強度和1.1-2.0 GPa的模量，并且相對于PEG6000增塑改性的PLLA共混物，具有更好的力學(xué)性能穩(wěn)定性。當共混物中PPA含量較高時，可以獲得沖擊韌性優(yōu)越的PLLA/E6kP共混物（沖擊強度33 kJ/m2）。使用30 wt％的E6kP30改性得到的PLLA(L70E

5、6kP3030)，既具有高的延展性(～250％)又具有良好的沖擊韌性(14 kJ/m2)，綜合力學(xué)性能優(yōu)異。掃描電鏡結(jié)果顯示，E6kP中的PPA鏈段在PLLA連續(xù)相中會聚集形成分散相顆粒，作為增韌改性劑存在，PEG鏈段具有增容作用，當E6kP用量為30 wt％時，PPA呈橢圓狀分散在PLLA相中，相應(yīng)共混物展現(xiàn)出更優(yōu)異的沖擊性能?？梢?，E6kP具有增塑增韌PLLA的效果。
　　其次，根據(jù)E6kP多嵌段共聚物改性PLLA的結(jié)果，從提

6、高改性效果和實際應(yīng)用價值角度出發(fā)，選用分子鏈中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)、具有一定結(jié)晶性的PBAT作為柔性聚酯鏈段，與PEG6000(E6k)進行擴鏈，合成不同組成的E6kB多嵌段共聚物，用于共混改性PLLA。力學(xué)性能結(jié)果顯示，使用30 wt％的E6kB多嵌段共聚物與PLLA共混，可以有效提高PLLA的延展性和沖擊強度，并保持24-31 MPa的強度和1.2-2.0 GPa的模量。L70E6kB5030共混物能夠在達到200％的斷裂伸長率的同時，具有

7、17 kJ/m2的沖擊強度，L70E6kB8030具有43 kJ/m2的超高沖擊強度，同時斷裂伸長率還能保持在150％，且展現(xiàn)出較好的力學(xué)性能穩(wěn)定性。PLLA/E6kB共混物的綜合力學(xué)性能優(yōu)于PLLA/E6kP。
　　最后，以PLLA和鑫富的PBAT(Biocosafe2003F)的共混物作為增容改性對象，首先選用PEG600(E06k)和PEG1000(E1k)的多嵌段共聚物(E06kB30、E0.6kB80、E1kB30和E1

8、kB80)，分別用于PLLA/PBAT共混物的增容，通過力學(xué)性能分析比較，篩選出E0.6kB80具有最佳改性結(jié)果。之后，考察E06kB80用量對PLLA/PBAT共混物力學(xué)性能的影響。對于80PLLA/20PBAT共混物，隨著E06kB80的用量從1phr增加到10phr，三元共混物的強度和模量逐漸下降，延展性基本保持不變(～230％)，而沖擊強度逐漸增加。對于20PLLA/80PBAT共混物，其模量隨著E06kB80用量的增加逐漸降低