聚乳酸-纖維素簡介課件

聚乳酸/纖維素

復(fù)合材料簡介小組成員：1高欣5朱冰瀅5陳娟娟1劉桂菊1鐘燕生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料又稱為生物醫(yī)用復(fù)合材料，它是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料。制備此類材料的目的就是進(jìn)一步提高或改善某一種生物材料的性能。此類材料主要用于修復(fù)及替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能。根據(jù)不同的基材，生物復(fù)合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料三類。它們既可以作為生物復(fù)合材料的基材，又可作為增強(qiáng)體或填料，它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。根據(jù)材料植入體內(nèi)后引起的組織反應(yīng)類型和程度，生物復(fù)合材料又可分為生物惰性的、生物活性的、可生物降解的和吸收的復(fù)合材料等類型。生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料的發(fā)展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊途徑。聚乳酸

基本特征分子式：H-[OCHCH3CO]n-OH特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，光華偉業(yè)開發(fā)的聚乳酸（PLA）還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，主要用于服裝（內(nèi)衣、外衣）、產(chǎn)業(yè)（建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙）和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。聚乳酸

優(yōu)點(diǎn)⑶相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。⑷聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，還具備有自己獨(dú)特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強(qiáng)度、透明度及對氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。⑸聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性類似，也就是說，它可以廣泛地用來制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng)，是其它生物可降解產(chǎn)品無法提供的。聚乳酸

優(yōu)點(diǎn)⑹聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉強(qiáng)度及延展度，聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與廣泛使用的聚合物有類似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求，制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。⑺聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛(wèi)生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。⑻當(dāng)焚化聚乳酸（PLA）時(shí)，其燃燒熱值與焚化紙類相同，是焚化傳統(tǒng)塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸絕對不會(huì)釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸，這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。纖維素

基本特征分子式：（C6H10O5）n是由許多葡萄糖分子通過4-糖苷鍵連接而成的多糖。1500~5000個(gè)葡萄糖單元或更多，相對分子質(zhì)量在25000~1000000或更高。特點(diǎn)：纖維素是地球上存在量最大的一類有機(jī)資源，從其來源可分為植物纖維素、海藻纖維素和細(xì)菌纖維素，纖維素還可由化學(xué)方法人工合成。工業(yè)中應(yīng)用最多的是植物纖維素。植物纖維素廣泛存在于樹干、棉花、麻類植物、草稈、甘蔗渣等中。另外，在海洋生物的外膜中也含有動(dòng)物纖維素。某些細(xì)菌也能合成纖維素。細(xì)菌纖維素具有很多優(yōu)異的性能，被認(rèn)為是21世紀(jì)理想的生物材料。纖維素還可由化學(xué)方法人工合成——酶催化和葡萄糖衍生物的開環(huán)聚合。纖維素是自然界主要由植物光合作用合成的取之不盡、用之不竭的天然高分子材料，主要用于紡織、造紙、精細(xì)化工等生產(chǎn)領(lǐng)域。聚乳酸/纖維素

制備方式

1）CNFs膜的制備將1%CNFs懸浮液在常溫下攪拌1h，取400mL該懸浮液倒入布氏漏洞中并抽濾，待蒸餾水完全抽干后，將CNFs膜取下并置于兩塊玻璃板之間，放入真空干燥箱中干燥24h。完全干燥后取出，備用。2）浸漬法制備CNFs/PLA復(fù)合材料將PLA在真空干燥箱中于45℃干燥24h以上，稱取PLA5g和二氯甲烷50mL，倒入燒杯中，放入磁力加熱攪拌器中在常溫下攪拌，直到PLA顆粒完全溶解（約2h）。將CNFs膜浸漬在PLA/二氯甲烷溶液中，8h后取出，在常溫下干燥12h，再在60℃下真空干燥24h，得到CNFs/PLA復(fù)合材料，CNFs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是58%。聚乳酸/纖維素

特性展示

從表1中可以看出，純PLA的彈性模量是1.4GPa，拉伸強(qiáng)度是32MPa。木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的彈性模量是5.2GPa，相對于純PLA提高了271%，彈性模量是純PLA的三倍左右。木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度是71.14MPa，相對于純PLA提高了122%。脫脂棉CNFs/PLA復(fù)合材料的彈性模量是3.2GPa，比純PLA提高了128%，其拉伸強(qiáng)度是53.3MPa，比純PLA提高了67%；可見，脫脂棉CNFs增強(qiáng)效果不如木粉CNFs膜。由于木粉CNFs膜的力學(xué)強(qiáng)度比脫脂棉CNFs膜的好，所以制備的木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能也比脫脂棉CNFs/PLA復(fù)合材料好。聚乳酸/纖維素

特性展示

從圖3c中可以看出，純PLA的斷面平整光滑，表面呈鱗片狀結(jié)構(gòu)聚乳酸/纖維素

特性展示

左圖是CNFs/PLA復(fù)合材料和純PLA的透光率。從圖中可以看出，純PLA與CNFs膜復(fù)合后，其透光率下降很多，尤其是對紫外光的透過率阻擋作用增強(qiáng)。從木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的透光率曲線中可以看出，在500～1000nm范圍內(nèi)，其透光率基本都在80%以上，在600nm處，其透光率是83.4%，比純PLA下降了8.8%。從脫脂棉CNFs/PLA復(fù)合材料的透光率曲線中可以看出，在整個(gè)波長范圍內(nèi)，復(fù)合材料的透光率都很低，在600nm處，只有53.9%，比純PLA降低了41%，比木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的透光率低35%。PLA與CNFs膜復(fù)合后，透光率下降說明CNFs膜與PLA復(fù)合后，復(fù)合材料中的CNFs阻擋了200～1000nm波長范圍內(nèi)的光線的透過，尤其是對于低于400nm的紫外線，其阻擋作用更強(qiáng)。從圖中還可以看出，脫脂棉CNFs/PLA復(fù)合材料的透光率很低比木粉CNFs/PLA復(fù)合材料的透光率低。聚乳酸/纖維素

研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向徐田軍等用細(xì)菌纖維素(BC)與PLA共混制備復(fù)合微球材料，并對其結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行檢測，在掃描電子顯微鏡(SEM)下可以明顯看到BC分散在PLA中，另外還可以看到PLA包裹于BC中，與純PLA相比，復(fù)合材料的結(jié)晶性、玻璃化溫度(Tg)、熔融溫度(Tm)和降解溫度(Td)都沒有顯著變化，但拉伸模量和拉伸強(qiáng)度均明顯提高，力學(xué)性能明顯增強(qiáng)。KaziM等用纖維素納米晶須(CNWs)和PLA復(fù)合制備納米復(fù)合材料，透射電子顯微鏡(TEM)表明：棒狀的CNWs在PLA基質(zhì)中分散良好；且和純PLA相比，CNWs的含量為1％時(shí)，納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別提高30％和31％。熱重分析表明：復(fù)合材料在210℃內(nèi)穩(wěn)定；降解實(shí)驗(yàn)表明：在25、37及50℃的去離子水中放置一周，失重率達(dá)1．5％～5．6％，且CNWs的存在使得復(fù)合物的溶脹比和吸水率增加。聚乳酸/纖維素

研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向直接用纖維素纖維(CF)增強(qiáng)PLA制備復(fù)合材料在國內(nèi)只見少量報(bào)道，通過SEM等可觀察到纖維的分散性不好，纖維存在一定的聚集纏繞現(xiàn)象，與PLA基體的黏結(jié)性很差，基本上沒有被PLA包覆，相容性不好。肖舒等把纖維素溶于離子液體中，加入不同質(zhì)量的PLA，配制成共混溶液并制成膜，x衍射、SEM及差示掃描量熱儀(DSC)測試結(jié)果表明：共混物之間具有較好的相容性，當(dāng)微晶纖維素與PLA的質(zhì)量比為60：40時(shí)，共混效果較好，較易成膜，且二者的結(jié)晶過程得到互相促進(jìn)，結(jié)晶完美度及晶體尺寸提高。曲萍等用溶液澆鑄法制備納米纖維素／PLA／聚乙二醇三元復(fù)合材料，與純PLA相比，該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別提高了38．4％。傅里葉紅外光譜(FT-IR)表明：聚乙二醇的存在使納米纖維素和PLA之間形成了強(qiáng)烈的氫鍵作用，明顯改善了納米纖維素和PLA之間的相容性，提高了界面黏結(jié)力。TEM表明：三元復(fù)合材料中納米纖維素在PLA基體內(nèi)均勻分散，并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚乳酸/纖維素

研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向PLA／纖維素衍生物復(fù)合材料

纖維素纖維(CF)在PLA中的分散性不好，與PLA的界面黏