高嶺土雜化改性端羧基聚乳酸復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚乳酸(PLA)既是一種綠色環(huán)保材料，又是一種新型生物降解材料，它是以可再生植物為原料合成的。聚乳酸分子中的酯鍵易水解，屬于脂肪族聚酯，在微生物的作用下在人體或土壤中發(fā)生降解，然后生成乳酸，最終代謝產(chǎn)物為二氧化碳和水。聚乳酸及其共聚物在醫(yī)藥及醫(yī)療用品方面的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，這是因其有著良好的化學(xué)惰性并且易于加工，又有著良好的生物降解性和生物相容性。聚乳酸的意義不單單體現(xiàn)在環(huán)鏡保護(hù)方面，它對(duì)建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約型社會(huì)也有

2、著非常重要的意義。本課題主要研究了端羧基改性聚乳酸的制備和高嶺土/聚乳酸復(fù)合材料的制備。
　　(1)丙交酯和聚乳酸的制備。本文采用先縮聚再解聚的兩步法，乳酸發(fā)生酯化反應(yīng)脫去水分，并生成乳酸低聚物，然后在較高溫度下將生成的乳酸低聚物進(jìn)行催化解聚，最后得到丙交酯。實(shí)驗(yàn)首先以乳酸為單體，氧化鋅為催化劑，壓力為0.095MPa，溫度逐漸升溫至180℃，脫水反應(yīng)3h，制得丙交酯單體，探討影響丙交酯合成的因素，得出乳酸單體在140℃條件下，催

3、化劑氧化鋅的質(zhì)量百分比為1.5％，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)制得高分子量的聚乳酸。然后再以丙交酯為原料，以辛酸亞錫為催化劑，壓力為0.095MPa，溫度逐漸升溫至160℃，聚合5h，制得聚乳酸。討論聚乳酸合成的影響因素，得出聚合反應(yīng)的時(shí)間為5h，聚合溫度在170-180℃之間時(shí)，當(dāng)n（丙交酯）/n(辛酸亞錫)=5000，可以得到相對(duì)分子質(zhì)量為65000的聚乳酸。紅外圖譜和氫譜數(shù)據(jù)表明，在辛酸亞錫催化劑作用下，單體丙交酯發(fā)生了開(kāi)環(huán)反應(yīng)。
　　

4、(2)端羧基聚乳酸的擴(kuò)鏈和改性。在對(duì)PLA分子進(jìn)行擴(kuò)鏈時(shí)，大多數(shù)人選用二惡唑啉類(lèi)型的催化劑，這是因?yàn)檫@類(lèi)催化劑的活性高，催化選擇性好。本實(shí)驗(yàn)以丙交酯為原料、辛酸亞錫為催化劑、丁二酸酐為改性劑，采用梯度升溫法，直接熔融合成端羧基聚乳酸共聚物P(LA/SA)，接著用1，3-PBO（2，2-(1，3-亞苯基)-二惡唑啉）對(duì)共聚物進(jìn)行擴(kuò)鏈，制得聚酰胺酯(PEA)，最后將高嶺土與PEA熔融復(fù)合改性。紅外圖譜和核磁圖譜數(shù)據(jù)表明，聚乳酸中的—COOH

5、與二惡唑啉成功合成出目標(biāo)產(chǎn)物。研究得出，以丙交酯為原材料，丁二酸酐為親水改性劑，1，3-PBO為擴(kuò)鏈劑合成聚乳酸的最佳工藝條件為在0.098MPa，150℃下，n（丁二酸酐）∶n（丙交酯）=1∶9.5，n（丙交酯）∶n(1，3-PBO)=1∶2.4，擴(kuò)鏈反應(yīng)時(shí)間為1h，制得擴(kuò)鏈產(chǎn)品聚酰胺酯PEA。GPC測(cè)出該條件下產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量最大為24萬(wàn)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度數(shù)據(jù)表明擴(kuò)鏈后的聚乳酸和復(fù)合改性后的耐熱性能均提高。拉伸強(qiáng)度測(cè)試說(shuō)明復(fù)合材料的

6、力學(xué)性能得到提升。電子掃描圖表明成功地將聚酰胺酯顆粒插入到高嶺土片層之間。
　　(3)高嶺土改性聚乳酸基復(fù)合材料的制備。本實(shí)驗(yàn)采用原位聚合法制備高嶺土/PLEA(聚酰胺酯)納米復(fù)合材料。首先制備出分子量較小的的端羧基聚乳酸P(LA/SA)，其次合成出插層復(fù)合物高嶺土/二甲亞砜，一定溫度減壓原位擴(kuò)鏈聚合45min，制備PLEA/高嶺土復(fù)合材料。根據(jù)前面所述的實(shí)驗(yàn)步驟將PLEA與不加高嶺土/二甲亞砜復(fù)合物合成的產(chǎn)物作比較。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)