《聚乳酸的改性研究現(xiàn)狀綜述》4000字

聚乳酸的改性研究現(xiàn)狀綜述聚乳酸是具有熱塑性的聚合物，聚乳酸（PLA）與其他傳統(tǒng)常見塑料性能對比情況如表1-1。聚乳酸（PLA）加工性能極好，能采用常用的加工方法，如擠塑、模塑、澆注制成型、紡絲、吹塑等方式對其進(jìn)行加工。因此，此聚合物可以用來替代現(xiàn)有的石油基塑料，以解決嚴(yán)重的環(huán)境污染的問題。但現(xiàn)階段中聚乳酸（PLA）的應(yīng)用仍然受到一定的限制，這主要因為聚乳酸存在下列許多缺點：（1）由于聚乳酸（PLA）中存在有大量酯鍵，導(dǎo)致其親水性能非常之差，同時也大大地降低了它與其它物質(zhì)的兼容性；（2）聚乳酸（PLA）本身就是線性聚合物，這使得其聚合所得產(chǎn)物的相對分子間距分布較寬，都使得PLA材料的強度性能往往不能滿足所需要求，包括其脆性高、低熱變形、抗沖擊性能差；（3）成本價較高，乳酸的價格及其聚合工藝性質(zhì)決定了聚乳酸（PLA）的成本較高。其制品若是用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還具有一定的市場。但是，要使聚乳酸（PLA）作為汽車制造的通用塑料，其價格始終很難被廣大而多變的市場所接受。為克服上所述缺點，達(dá)到改善聚乳酸（PLA）材料的機械性能及加工性能的目的，以及控制聚乳酸（PLA）的成本，人們努力在聚乳酸（PLA）改性研究方面做了許多方面的改性研究。目前國內(nèi)外對聚乳酸的改性研究主要分為兩個大類：一是從微觀分子結(jié)構(gòu)上對其進(jìn)行研究，通過共聚引入方式將其它單體改變聚乳酸（PLA）的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或是通過交聯(lián)的方式來改變聚乳酸（PLA）的分子鏈結(jié)構(gòu)，直接、徹底、有針對性地對聚乳酸（PLA）基體進(jìn)行改性研究；二是從宏觀物質(zhì)的組成上對其進(jìn)行改性，通過共混、增塑、復(fù)合等宏觀方式，在聚乳酸（PLA）中加入某些特定的官能團(tuán)、助劑或者其他具有改性的高分子材料。簡便、快捷、有效地提升聚乳酸（PLA）的各方面材料性能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>強濤</Author><Year>2010</Year><RecNum>14</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[21]</style></DisplayText><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620559062">14</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>強濤</author><author>于德梅</author></authors></contributors><auth-address>西安交通大學(xué)理學(xué)院;西安工業(yè)大學(xué)材料與化工學(xué)院;</auth-address><titles><title>聚乳酸增韌研究進(jìn)展</title><secondary-title>高分子材料科學(xué)與工程</secondary-title></titles><periodical><full-title>高分子材料科學(xué)與工程</full-title></periodical><pages>167-170+174</pages><volume>26</volume><number>09</number><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>增韌</keyword><keyword>共混</keyword><keyword>共聚</keyword><keyword>復(fù)合</keyword><keyword>自增韌</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>1000-7555</isbn><call-num>51-1293/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[21]。這兩種方法都可根據(jù)實際研究過程的需求，相應(yīng)地用柔性分子或是功能基去改良聚乳酸（PLA）的脆性，增強其柔韌性，擴大PLA的應(yīng)用范圍。除此外，現(xiàn)在還可以采用加工成型增韌、納米整合以及木/塑復(fù)合等方式方法對聚乳酸（PLA）進(jìn)行增韌。表1-1聚乳酸與其他通用塑料性能對比表項目PLAPETPSPPPE相對密度1.261.400.910.95Tg/℃5980805-120Tm/℃179260-270164130拉伸強度/MPa6555453012斷裂伸長率/%52003>230150拉伸彈性模量/MPa213019601960109070彎曲強度/MPa1009080355彎曲彈性模量/MPa3380265031901070維卡軟化點/℃6070100651.5.1共聚改性共聚改性是指利用共聚反應(yīng)的特性，在聚乳酸（PLA）的分子鏈上從外引入另外一種分子鏈，從而降低原分子鏈的規(guī)整程度，或是削弱掉高分子鏈之間的相互作用力，通過這種共聚的方式有助于提升PLA材料的抗沖擊性能。當(dāng)今最常見的共聚改性方式包括有接枝共聚以及嵌段共聚這兩種。淀粉的接枝共聚物與PCL、PLA等脂肪同族聚酯是備受各界關(guān)注的全生物降解高分子體系。已經(jīng)有研究者報道證實了采用乳酸與淀粉之間原接枝聚合，后制備出淀粉跟PLA的接枝共聚物。DSC測試研究表明，接枝率越高的情況下，玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度就會越低ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>袁角亮</Author><Year>2011</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[22]</style></DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620559308">15</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>袁角亮</author><author>楊斌</author></authors></contributors><auth-address>上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院;</auth-address><titles><title>聚乳酸共聚改性及應(yīng)用研究進(jìn)展</title><secondary-title>中國塑料</secondary-title></titles><periodical><full-title>中國塑料</full-title></periodical><pages>1-5</pages><volume>25</volume><number>07</number><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>共聚</keyword><keyword>改性</keyword><keyword>包裝材料</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><isbn>1001-9278</isbn><call-num>11-1846/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[22]。聚乳酸（PLA）材料因其具有良好的生物兼容性及可降解性，所以現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用在藥物控制、釋放以及組織工程等領(lǐng)域。夏宇正等人研究合成了PLA/聚碳酸酯無規(guī)共聚物[P（BPC-co-DLLA）]跟PLA與PVP聚合而成的三嵌段共聚物（PVP-b-PDLLA-b-PVP），這樣可使得PLA分子鏈上具有親水性的基團(tuán)或是鏈段能夠通過改變其共聚物的分子結(jié)構(gòu)及組成去達(dá)到調(diào)控PLA性能的目的。1.5.2共混改性共混改性是值兩種或是兩種以上聚合物的物理混合物，其中每個組分的性能進(jìn)行復(fù)合而到聚合物所擁有的性能，從而達(dá)到改性的目的，進(jìn)而讓共混物性能得到一定優(yōu)化。對于進(jìn)行共混改性后的聚乳酸，既保持其原固有的優(yōu)異性能，改良后又得到較高韌性的材料，這就是因為它們能呈現(xiàn)出特殊性能的組分相互之間的協(xié)同作用所導(dǎo)致。共混改性的主要方法有以下幾點：（1）熔融共混：分別將聚合物加熱到熔融狀態(tài)后在對其進(jìn)行共混。在工業(yè)制造中，熔融共混采用的是密煉機、擠出機以及開煉機等加工機械進(jìn)行共混的，屬于一種機械化的共混方法。傳統(tǒng)工業(yè)中應(yīng)用的多大部分聚合共混物都是通過熔融共混的方式所制備出來的。（2）溶液共混：溶液共混主要應(yīng)用在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域方面。溶液共混就是將各種聚合物組分溶于基礎(chǔ)溶液中之后，對其進(jìn)行物理共混。該種方法具有簡便、易操作、所需原料少等特點，特別適用于實驗室操作。在基礎(chǔ)實驗研究中，可將經(jīng)溶液共混后的物料經(jīng)加工澆鑄成薄膜，再測定其形態(tài)及性能。經(jīng)過溶液共混后所制備的樣品，形態(tài)及性能與熔融共混后制成的樣品具有較大的差異。此外，溶液共混法也常用于工業(yè)生產(chǎn)上的一些涂料及粘合劑的生產(chǎn)。（3）乳液共混：將兩種或兩種以上的聚合物乳液進(jìn)行共混進(jìn)而達(dá)到改性。通常在橡膠生產(chǎn)的共混改性中采用這種方法進(jìn)行共混。如果需要進(jìn)行共混的產(chǎn)品是以乳液的形式進(jìn)行應(yīng)用，通?？紤]采用乳液共混的方法達(dá)到所需效果。（4）釜內(nèi)共混：是將兩種或兩種以上的聚合物單體，同時在一個聚合釜內(nèi)完成聚合過程的方法，在釜內(nèi)聚合的同時一起完成共混，用此方法共混得到的聚合物也屬于共混產(chǎn)物，優(yōu)點是可以省去獨立的共混工藝方式，相比擁有顯著的優(yōu)越性，但釜內(nèi)共混法對于聚合物反應(yīng)的體系有著非常特殊的要求，只能適用于某些特殊的聚合物反應(yīng)體系，這也是此方法的局限性。聚乳酸（PLA）與某些比較柔性的聚合物例如聚氯乙烯（PVC）、聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚丁二酸丁二酯（PBS）和淀粉等的共混，是一種極其簡便易行且又對材料的韌性提升頗有成效的方法之一，其親水性以及可降解性等性能也可得到非常大改善ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張興振</Author><Year>2007</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[23]</style></DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620559565">16</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>張興振</author></authors><tertiary-authors><author>吳智華,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>增強增韌聚乳酸研究</title></titles><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>滑石粉</keyword><keyword>硅藻土</keyword><keyword>聚酯類增韌劑</keyword><keyword>PEG-2000</keyword><keyword>檸檬酸三丁酯</keyword><keyword>玉米淀粉</keyword><keyword>豌豆淀粉</keyword><keyword>“核-殼”結(jié)構(gòu)</keyword><keyword>增強增韌</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><publisher>四川大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[23]。方玲ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>方玲</Author><Year>2009</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[24]</style></DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620560184">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>方玲</author><author>李君</author><author>戚嶸嶸</author></authors></contributors><auth-address>上海交通大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院;</auth-address><titles><title>POE增韌聚乳酸復(fù)合材料的研究</title><secondary-title>工程塑料應(yīng)用</secondary-title></titles><periodical><full-title>工程塑料應(yīng)用</full-title></periodical><pages>5-8</pages><volume>37</volume><number>06</number><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>(乙烯/辛烯)共聚物</keyword><keyword>增韌</keyword><keyword>共混</keyword></keywords><dates><year>2009</year></dates><isbn>1001-3539</isbn><call-num>37-1111/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[24]等研究得出，當(dāng)聚烯烴熱塑性彈性體（POE）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時，PLA/POE熔融共混的復(fù)合材料其缺口沖擊強度將會達(dá)到純PLA的2倍之多，但是由于POE自身的剛性比較低，也將影響復(fù)合材料的拉伸強度值。吳選軍ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳選軍</Author><Year>2009</Year><RecNum>18</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[25]</style></DisplayText><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620560950">18</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吳選軍</author><author>袁繼祖</author><author>余永富</author><author>周月</author></authors></contributors><auth-address>武漢理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院;武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院;長沙礦冶研究院;</auth-address><titles><title>聚乳酸/聚乙二醇共混材料的性能研究</title><secondary-title>武漢工程大學(xué)學(xué)報</secondary-title></titles><periodical><full-title>武漢工程大學(xué)學(xué)報</full-title></periodical><pages>60-63</pages><volume>31</volume><number>05</number><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>聚乙二醇</keyword><keyword>共混材料</keyword><keyword>力學(xué)性能</keyword><keyword>熱性能</keyword><keyword>生物降解性能</keyword></keywords><dates><year>2009</year></dates><isbn>1674-2869</isbn><call-num>42-1779/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[25]等將聚乳酸(PLA)和聚乙二醇(PEG)采用溶液共混的方法制備PLA/PEG復(fù)合材料。并通過力學(xué)性能設(shè)備、DSC、紅外光譜和土壤降解實驗等測試復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能及生物降解性能。實驗結(jié)果表明:PLA/PEG復(fù)合材料的斷裂伸長率隨著PEG含量的增加而明顯提高,復(fù)合材料的拉伸強度和彈性模量的趨勢恰好相反；同時PLA/PEG復(fù)合材料的Tg比純PLA的Tg較低,但是隨著PEG含量的逐漸增加,Tm幾乎不變。PEG能加快聚乳酸在土壤中的水解,從而促使聚乳酸的降解。舒友ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>舒友</Author><Year>2011</Year><RecNum>19</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[26]</style></DisplayText><record><rec-number>19</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620561857">19</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>舒友</author></authors><tertiary-authors><author>鄒俊,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>生物可降解聚乳酸薄膜改性材料的研究</title></titles><keywords><keyword>聚乳酸</keyword><keyword>柔韌性</keyword><keyword>耐遷移性</keyword><keyword>吹塑薄膜</keyword><keyword>生物降解</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><publisher>江蘇科技大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[26]等把PLA聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯（PBAT）進(jìn)行熔融共混而制備生物降解復(fù)合材料，之后并將此復(fù)合材料塑壓成型后，研究此復(fù)合材料的拉伸性、抗沖擊性能以及截斷面微觀形貌。研究結(jié)果表明了：PBAT與PLA的相溶性相比HBP更好。隨著PBAT含量的增高，PLA材料的抗沖擊強度、韌性逐漸提升，但是PBAT與PLA的相溶性也隨之逐漸變差。1.5.3增塑改性對PLA的增塑改性工作很早以前就已經(jīng)開展。通常作為添加低分子的增塑劑，主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在對PLA的柔軟性改進(jìn)方面。隨著PLA生產(chǎn)中成本的逐漸降低，PLA越來越多的被應(yīng)用在一般包裝、食品包裝膜等方面。PLA薄膜應(yīng)用在吹塑成型加工中的柔軟性能如何提高成為急待解決的重大課題。乳酸、低聚物乳酸以及許多傳統(tǒng)的增塑劑都能夠作為PLA的增塑劑。選擇PLA增塑劑的主要基本原則是：需與PLA具有非常良好的相溶性；熱成型穩(wěn)定性要好；揮發(fā)性弱、遷移性低；耐腐蝕性、耐光性；安全性、衛(wèi)生性好；可生物降解性能強；性價比要高。鄰苯二甲酸酯、檸檬酸酯、乳酸酯、丙交酯、礦物油、磷酸三苯酯、甘油、乙酸甘油酯和丁酸甘油酯、聚乙烯醇、月桂酸酯等在之前都曾被用來作為PLA的增塑原料。有學(xué)者就檸檬酸酯對PLA的增塑的性能進(jìn)行了研究。加入30%的三乙基檸檬酸后，聚乳酸的斷裂伸長率會急劇增加到615%。相比之下，PLA的均聚物卻只有7.5%，這無疑是一個具有突破性的進(jìn)步。然而，其抗拉強度也會從51.8MPa下降到了7.0～7.2MPa。ScandolaADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Baiardo</Author><Year>2003</Year><RecNum>20</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[27]</style></DisplayText><record><rec-number>20</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620562821">20</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>MassimoBaiardo</author><author>GiovannaFrisoni</author><author>MariastellaScandola</author><author>MichelRimelen</author><author>DavidLips</author><author>KurtRuffieux</author><author>ErichWintermantel</author></authors></contributors><auth-address>UniversityofBologna,DepartmentofChemistry“G.Ciamician”andISOF‐C.N.R.,viaSelmi2,40126Bologna,Italy;;ChairofBiocompatibleMaterialsScience,ETHZurich,Wagistrasse23,8952Schlieren,Switzerland;;UniversityofBologna,DepartmentofChemistry“G.Ciamician”andISOF‐C.N.R.,viaSelmi2,40126Bologna,Italy</auth-address><titles><title>Thermalandmechanicalpropertiesofplasticizedpoly(L‐lacticacid)</title><secondary-title>JournalofAppliedPolymerScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofAppliedPolymerScience</full-title></periodical><volume>90</volume><number>7</number><keywords><keyword>thermalproperties</keyword><keyword>mechanicalproperties</keyword><keyword>glasstransition</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>0021-8995</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[27]等發(fā)現(xiàn)了乙?；』鶛幟仕幔ˋTBC）也能夠作為PLA的增塑劑之一。他們發(fā)現(xiàn)ATBC確實能夠使PLA的斷裂伸長率得到大幅度提升，從1.8%提升為300%，拉伸模量及抗拉強度還是會受到相反的影響。JacobsenADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Jacobsen</Author><Year>1999</Year><RecNum>21</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[28]</style></DisplayText><record><rec-number>21</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5rfzs9tw9aeeswesve6vwff19arvvfxsef5r"timestamp="1620563241">21</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>S.Jacobsen</author><author>H.G.Fritz</author></authors></contributors><auth-address>InstitutfuerKunststofftechnologieUniversitaetStuttgart70199Stuttgart,Germany</auth-address><titles><title>Plasticizingpolylactide—theeffectofdifferentplasticizersonthemechanicalproperties</title><secondary-title>PolymerEngineering&Science</secondary-title></titles><periodical><full-title>PolymerEngineering&Science</full-title></periodical><volume>39</volume><number>7</number><dates><year>1999</year></dates><isbn>0032-3888</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[28]等利用PEG作為PLA的增塑劑，加入15%的1.5Kg/mol的PEG，斷裂伸長率及抗沖擊性也都大幅得到提高。還是與預(yù)想結(jié)果的一致，加入15%的PEG后，也都會降低抗拉強度值和拉伸模量值，拉伸模量會從3800MPa急劇降低到1250MPa。參考文獻(xiàn)ADDINEN.REFLIST[1]劉永濤,趙俊瑋,喬潔,等.我國汽車產(chǎn)品再制造的問題剖析與對策建議[J].汽車工程學(xué)報,2018,8(03):168-175.[2]孔茗.新環(huán)保要求下報廢車用塑料回收利用現(xiàn)狀分析與展望[J].塑料科技,2018,46(06):127-130.[3]OeverMVD,MolenveldK.Replacingfossilbasedplasticperformanceproductsbybio-basedplasticproducts—Technicalfeasibility[J].NewBIOTECHNOLOGY,2017,37.[4]朱常英,由英才,寇小娣,等.含淀粉生物降解型塑料[J].離子交換與吸附,2000(02):182-187.[5]翁云宣.2016生物基材料?？蜓訹J].生物工程學(xué)報,2016,32(06):711-714.[6]Zaaba,Ismail.Areviewontensileandmorphologicalpropertiesofpoly(lacticacid)(PLA)/thermoplasticstarch(TPS)blends[J].Polymer-PlasticsTechnologyandMaterials,2019,58(18).[7]DickerMPM,DuckworthPF,BakerAB,etal.Greencomposites:Areviewofmaterialattributesandcomplementaryapplications[J].CompositesPartA,2014,56.[8]陳國強.生物基材料[J].中國基礎(chǔ)科學(xué),2009,11(05):90-95.[9]IvanF,AleksandraU,LucaF,etal.PhaseStructure,Compatibility,andToughnessofPLA/PCLBlends:AReview[J].FrontiersinMaterials,2019.[10]徐曉強.改性劍麻纖維增強聚乳酸復(fù)合材料的性能和降解行為研究[D].華南理工大學(xué),2013.[11]AkampumuzaO,WambuaPM,AhmedA,etal.Reviewoftheapplicationsofbiocompositesintheautomotiveindustry[J].PolymerComposites,2017,38(11).[12]Frederick

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