聚乳酸擴鏈改性及其納米復合材料的研究.pdf

1、聚乳酸是一種環(huán)境友好型高分子聚酯材料，具有優(yōu)異的生物相容性和生物可降解性。與傳統(tǒng)塑料相比，合成聚乳酸的單體來源豐富且具有可再生性。聚乳酸在使用時與普通塑料性能相當，使用后可降解為H2O和CO2，對人體及環(huán)境無毒副作用，能夠有效減少“白色污染”。由于聚乳酸的力學性能、親水性能和熱穩(wěn)定性能等較差，從而限制其發(fā)展與應用?？梢酝ㄟ^不同方法改性聚乳酸，增強其性能從而適應不同的應用要求。本課題主要研究了擴鏈改性聚乳酸和納米氧化鋅復合改性聚乳酸。

2、r>　　(1)擴鏈合成乳酸基聚酯酰胺。以辛酸亞錫和對甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），采用梯度升溫法，將乳酸(LA)與馬來酸酐(MAH)在160℃、0.096MPa下直接熔融縮聚得到聚乳酸-馬來酸酐共聚物P(LA/MAH)，再以2，2’-（1，3-亞苯基）-二噁唑啉（1，3-PBO）為擴鏈劑，擴鏈后得到可生物降解的聚酯酰胺PEA。分別采用烏氏黏度計、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、核磁共振分析儀(1H-NMR)、示差掃描量熱分析

3、儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、X-射線衍射分析儀(XRD)等對聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進行表征與測定。結(jié)果表明:擴鏈反應最佳條件為壓力0.096MPa，溫度160℃，摩爾比n(-COOH)/n（-oxazoline）=1/1.6，反應時間20min，所得PEA的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)可達50097。結(jié)果表明，加入擴鏈劑后，由于向聚乳酸-馬來酸酐共聚物分子鏈段中引入了剛性基團，限制了分子鏈的活動，從而使擴鏈后的產(chǎn)物玻璃化溫度（Tg）增

4、加。但是剛性基團的引入破壞了聚合物鏈的對稱性及規(guī)整性，擴鏈后的產(chǎn)物結(jié)晶能力下降，其結(jié)晶度僅為0.87％，呈無定型態(tài)，其柔韌性比PLA有所增強。擴鏈后的產(chǎn)物熱穩(wěn)定性能提高。
　　(2)擴鏈改性塑性端羧基聚乳酸。以檸檬酸(CA)和乳酸(LA)為單體，辛酸亞錫和對甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），在160℃、0.096MPa下直接熔融縮聚8h得到端羧基聚乳酸-檸檬酸共聚物P(LA/CA)后，用1，3-PBO進行擴鏈改性，當壓力為0.09

5、6MPa，聚合溫度為155℃，摩爾比n(-COOH)/n(-oxazoline)=1/1.2時，反應12min，所得擴鏈產(chǎn)物的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)可達68753。分別采用烏氏黏度計、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、核磁共振分析儀(1H-NMR)、示差掃描量熱分析儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、X-射線衍射分析儀(XRD)等對聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進行表征與測定。DSC結(jié)果說明，擴鏈產(chǎn)物的玻璃化溫度增加，Tg值高達57.2℃

6、。TGA結(jié)果表明，擴鏈后產(chǎn)物的起始熱分解溫度達到270℃，其熱穩(wěn)定性能明顯提高。XRD測試結(jié)果表明，P(LA/CA)屬于嵌段共聚物，容易結(jié)晶，向其中引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)后，限制了鏈的活動性，從而使結(jié)晶能力降低。
　　(3)制備聚乳酸納米氧化鋅復合材料。采用均勻沉淀法，當n[Zn+]/n[CO(NH2)2]=1/4時，90℃恒溫水浴反應2h，得到比表面積為15.866m2/g的納米氧化鋅。以此為原料，與乳酸單體發(fā)生原位聚合反應，當壓力為0.

7、096MPa，以0.5％的辛酸亞錫和對甲苯磺酸為催化劑（質(zhì)量比1/1），納米氧化鋅的添加量為0.5wt％時，反應13h，復合材料的最大黏均摩爾質(zhì)量(—Mη)為28235。分別采用烏氏黏度計、傅里葉變換紅外光譜分析儀(FT-IR)、示差掃描量熱分析儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、掃描電子顯微鏡(SEM)等對聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進行表征與測定。FT-IR結(jié)果證實，乳酸和納米氧化鋅之間發(fā)生了原位聚合反應，納米氧化鋅成功地接枝在聚乳酸分子鏈中