聚乳酸的增韧改性研究.docx

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聚乳酸的增韧改性研究

聚乳酸的增韧改性研究

张凤亮高材130140007

燕京理工学院065201*

课题分析

课题概述：

聚乳酸（PLA）作为一种非石油基可生物降解高分子材料，一直是材料科学领域中研究的重大主题。

PLA是一种可生物降解的热塑性线性脂肪族类聚酯，是由可再生原料制备得到的，它具有很多石油基塑料没有的优异性能。

它具有较高的力学性能、热塑性、加工性能、生物相容性和降解性。

土壤埋没实验证明，PLA制品在土壤中能够稳定降解，几年后完全消失；根据ISO14855标准，在堆肥喜氧氛围中，PLA在45天内能够达到80%以上降解。

因此，PLA作为可再生、可降解塑料，在日用品和食品包装、垃圾袋、地膜、一次性餐具及生物医药等领域具有广泛应用。

但因其存在冲击强度和热变形温度低，气体阻隔性差等缺陷，其应用范围受到限制，而如何成功对PLA进行增韧改性也成为了科研工作者的任务之一。

课题分类：

有机化学聚合物加工工程塑料助剂与配方设计技术

信息检索范围：

（1）时间范围：

最早对聚乳酸的报道是20世纪30年代著名的化学家Carothers，而后1944年在Hovey、Hodgins及Begji研究的基础上，Filachiene对聚乳酸的聚合方法做了系统的研究。

在而后至今发展的几十年中，科研工作者不断完善聚乳酸的增韧改性方法。

（2）地域范围：

以中国为主，英系国家为辅（主要在英语文献检索中实现）

（3）语言范围：

中文英文

检索类型：

数据型文献型

检索内容：

电子文献

根据所给课题检索得到的信息如下所示：

收稿日期：

2016年6月25日

作者简介：

张凤亮，燕京理工学院在校生*

摘要：

为了克服聚乳酸的局限性，我们需要提高他的韧性来降低不必要的花费，并使其在各种各样的应用中发挥作用。

大量研究表明，主要是在可再生资源和聚合物共混物领域。

更好的相分散混合材料之间可以通过反应的两个部分组成或由嵌段共聚物增溶剂的掺入混合，最后显示高度增强的性能。

本文综述了近年来共混改性聚乳酸的不同增韧工艺的研究进展，并详细认识了可降解或可再生聚合物对聚乳酸的增韧改性。

关键词：

聚乳酸增韧共混可生物降解

Abstract：

ToovercomethelimitationsofPolylacticacid,alterationsareneededtoenhanceitstoughness,toimprovehandlingandforvariousapplications.Extensivestudieswerereported,mainlyintheareaofblendswithrenewableresourcepolymerblends.Betterphasedispersionbetweentheblendmaterialsisachievedeitherbyreactivemixingofthetwocomponentsorbyincorporationofablockcopolymercompatibilizer,finallyshowinghighlyenhancedproperty.Inthispaper,therecentresearchprogressofdifferenttougheningprocessesofPLAviablendingisreviewedandadetailedunderstandingabouttougheningofPLAusingbiodegradableorrenewablepolymershasbeenestablished.

Keywords：

Polylacticacidtoughnessblendsbiodegradable

一、介绍

石化聚合物的创新给人类带来了很大的福利。

从一次性杯到汽车的零件，塑料都被广泛的应用。

然而，作为使用非生物降解材料制造的一次性项目物品的结果，就是明显不平衡和被破坏的生态系统。

因此，塑料因其难以降解而成为一个令环境恐惧的事物。

处理塑料的方法之一是焚烧，而这种方法会导致环境问题，因为它会释放有毒气体，如二恶英。

这种方法也会由于无法产生可利用的有经济价值的产品而受到限制。

另一种处理方法是填埋塑料，这种方法也会由于处置场地有限而被限制。

主要使用的减少塑料对环境影响的过程是回收；传统处理塑料的方法伴随能源消耗和减少塑料的各种属性，而回收利用取代了这种方法的局限性。

因此，在过去的几十年里，环境问题和可持续发展相关的问题已经改变了现代工程和科学努力创新，开发和修改可生物降解和可再生的聚合物。

此外，越来越受到关注的石油资源减少问题，引起了研究人员找到经济上可行的可生物降解的聚合物替代品，特别是在短期内包装和一次性物品。

在过去的几十年里，一个从生物稳定石油基塑料到生物降解塑料的模范式3改变已被注意到。

可生物降解的聚合物被分为两种：

水解降解的聚合物如聚乙交酯、聚乳酸、聚己内酯、聚酯和酶降解的聚合物如胶原、聚氨基酸等水解降解的聚合物，已被广泛应用于塑料行业最感兴趣的事。

最优选的可生物降解的聚合物是聚乳酸和聚乳酸。

除了可以从可再生资源中获得（例如，玉米，小麦，大米，或）聚乳酸是可生物降解，可回收和堆肥。

它的合成减少二氧化碳的含量。

因此，它是一种环保型的有吸引力的生物聚合物。

生物相容性是聚乳酸最有吸引力的一部分，主要用于生物医学应用。

在其他的生物聚合物，如聚合物的比较（PHAs），聚（乙二醇）（PEG），聚（ε-己内酯（PCL），等），聚乳酸具有良好的热加工性能。

比石油基聚合物，聚乳酸的生产需要25-55%能量低，在未来，它可以进一步降低10%。

为聚乳酸生产使用较少的能源，这使得它一个潜在的有用的聚合物，而不是它的成本。

机械性能，如强度，弹性和透明度是非常相似的聚苯乙烯。

聚乳酸正用于许多传统的PET、PS等应用热成型包装、纤维、卡片替代，泡沫食品托盘和混合与其他热塑性塑料如汽车或电子应用聚碳酸酯。

然而，而不是所有这些优点的聚乳酸，它也具有一些限制，在脆性小于10%的断裂伸长率。

然而，它的拉伸强度和弹性模量是喜欢的宠物，但韧性差，限制其使用的应用程序，这需要在更高的应力水平的塑性变形。

（例如：

螺钉和骨折固定板）。

聚乳酸也表现出缓慢的结晶。

降解速度缓慢，使体内的寿命长，是生物医学应用的一个主要问题以及在一次性消费品。

由于其疏水性与静态水的接触角约为800，它显示了低细胞的亲和力，并显示从生活主机上的直接接触与生物流体的炎症反应。

没有反应侧链组使聚乳酸化学惰性，造成表面和批量修改一个繁琐的过程。

概念和数量的韧性变化，取决于最终产品应用。

在一个饮水杯，韧性应该是在挤压过程中的裂纹阻力，而在汽车仪表板，韧性将是一个塑性变形，没有脆性故障，在高速碰撞。

PLA的冲击强度与聚苯乙烯，这也是一个脆性聚合物。

是理想的应用范围很广的聚乳酸材料的增韧方法是迫切需要的。

许多方案进行了修改一个聚合物的力学性能。

分子量、结晶度、立体化学、生物相容性或混有一些背后的一种聚合物的力学性能变化的原因。

聚合物共混物的韧性是两试验主要评估：

冲击试验方法及拉伸试验方法。

虽然，它不会提供任何信息，特别是修改提供了最棘手的材料。

一个特定的应用程序的增韧机制主要取决于应力状态，随着冲击试验和拉伸试验方法。

类似于其他脆性塑料，聚乳酸，最终目的是为了提高在其拉伸强度和拉伸模量没有很大变化，拉伸断裂韧性和伸长率。

除了发展增韧聚乳酸，主要标准是实现添加材料和PLA之间有足够的分散。

1.1聚乳酸的产生

如今，平时常见的可生物降解的合成聚合物，可包括脂肪族聚酯，如聚（乙醇酸）（PGA）、聚（乳酸）（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚羟基丁酸酯（PHB）和聚（羟基丁酸酯-羟基戊酸酯）（PHBV）。

可生物降解聚合物的分类。

图1。

首先准备作为一个完全合成的可吸收缝合线已经商用了PGA，但缝合身子失去机械强度很容易由于PGA的亲水性。

PCL是一个熔化温度64C和59–°通过PCLPGA或PLA60°C.玻璃化转变的半结晶聚合物，PCL的降解速率较慢，适合长期应用的相关。

不幸的是，其低的熔化温度大大限制了应用程序。

在上世纪80年代，PHB被确定为一种很有前途的生物材料，由于其熔点高。

但是，当材料的成本太高，它的性能无法与丙烯相匹配时，利息就枯萎了。

因此，聚乳酸已成为最有用的可生物降解的聚合物，从性能特征的角度来看。

PLA是一种由可再生资源生产的脂族聚酯。

它通常是由丙交酯是乳酸的环状二聚体或仅仅是由乳酸缩聚开环聚合合成。

这些乳酸是从发酵的可再生资源，如玉米淀粉和糖饲料等制备的。

商业计划的成绩聚（L-乳酸）即聚乳酸，聚（D，L-乳酸），即聚乳酸，这是从l-Lactides和d，l-Lactides产生，分别。

LD对映异构体的比例，影响性能，如熔化温度和聚合物的结晶度得到。

标准的PLA具有高模量（3GPa）和强度（50-70兆帕）像其他石油基塑料，但脆性。

有几种方法，可用于修改PLA的脆性。

Anderson等人所强调的延展性和影响变化的立体化学改性、分子量和结晶度不同的PLA，体积和表面修饰的聚乳酸，提高性能也得到了报道.PLA增韧利用各种途径，包括塑化、共聚和熔体弹性聚合物的共混得到刘等人讨论。

近日，曾等人有了不同的方法来提高相容性和基于PLA的共混物的各种性能。

这篇综述的目的主要是突出的当前状态的聚乳酸为基础的可生物降解的聚合物共混物与量身定制的性能。

共混是提高聚合物性能的一种常用方法。

PLA脆性可以通过与其他材料的共混改性。

在这篇综述中，我们还简要地讨论了的优点，局限性，混合方法，纳米复合材料和应用的改性聚乳酸。

1.2聚乳酸的市场现状

中国市场正在被迫为更好的可持续性和低的渴求石油为基础的产品，任何其他商业相当或优于目前生物塑料替代不可用。

在制造和有吸引力的性能的聚合物的额外的技术开发将促进增长。

聚乳酸已被视为一种替代的聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）由于其机械性能，如低冲击强度，硬度，刚度，和弹性。

目前制约市场增长的最主要的障碍是供应的限制，PLA的价格，这是更高的化石燃料为基础的聚合物相比。

聚乳酸不仅是一种可生物降解的聚合物，也是一种完整的生物基聚合物。

中国市场预计将价值50亿1070万美元的2019，并预计在未来五年复合增长率20.8%。

在2013，包装是PLA市场上最大的应用，其次是纺织品。

包装占整个PLA市场的2013，在59.6%，预计将保持在预测期内占主导地位的应用程序段。

刚性包装是PLA总需求的包装在2013的最大贡献者。

纺织有望成为增长最快的部分，年复合增长率，在收入方面17.5%从2014到2020。

其他部分包括生物医学设备和国内商品。

全球气候变化相关的问题是未来的限制，在各种应用中，如食品包装薄膜，食品包装托盘，农业地膜，电子电器，汽车零部件，产品从注塑成型过程中，和纺织品的需求。

PLA市场正经历着一个不断飙升的扩张，由于消费者和塑料制造商的意识不断上升，对环境的认识，连同政府立法的支持，并增加在不同地区的垃圾填埋场。

目前，在食品和饮料行业，对人民PLA的需求已经变得更大相比，乳酸。

新技术被用来加固其他材料到PLA，以便给它更多的强度和刚度，降低价格，使生产经营更环保，以及许多其他功能，适用于特定的应用。

NatureWorks公司最近推出了一个新的Ingeo成绩特别针对3D打印市场系列支持制造业的3D打印机和长丝生产。

专为桌面用户和3D打印市场，PLA长丝是首选材料，由于更好的分辨率打印无失真的部分具有较低的热收缩的结果。

强的聚合物融合性能，使PLA具有改进性能的易于使用，此外低温印刷也可能由于其熔点低，导致安全以及低排放，无异味。

二、聚乳酸的熔体共混增韧

增韧PLA可塑化、聚合、熔融共混技术和有用