淺析聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性

王武

摘 要：根據(jù)對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的深入分析與研究，它主要使用辛酸亞錫對(duì)改性之后的納米二氧化硅與丙交酯進(jìn)行催化，然后進(jìn)行制備。分別使用掃描電鏡、熱失重分析以及紅外光譜等一系列方式對(duì)納米二氧化硅的性能及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的探究，通過(guò)掃描電鏡與紅外光譜對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)聚乳酸與納米二氧化硅之間發(fā)生了相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，納米二氧化硅在聚乳酸基體中處于一種分散的狀況；根據(jù)熱失重研究中的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)聚乳酸/納米二氧化硅材料的熱穩(wěn)定性性會(huì)受到納米二氧化硅含量多少的影響，如果納米二氧化硅含量處于增加的狀態(tài)，那么熱穩(wěn)定性也會(huì)隨之提升。通過(guò)力學(xué)性能分析與研究，能夠發(fā)現(xiàn)在材料中加入無(wú)機(jī)納米例子，能夠在很大程度提升材料的拉伸強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：納米二氧化硅 復(fù)合改性 共聚改性 聚乳酸

中圖分類(lèi)號(hào)：TB383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（c）-0119-02

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，能源的消耗量正在逐漸增加，各個(gè)國(guó)家開(kāi)始重視能源材料的節(jié)約使用以及新型材料的研發(fā)，聚乳酸在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于環(huán)境造成的污染非常低，而且它還具備一定的再生性，所以各個(gè)國(guó)家開(kāi)始廣泛關(guān)注聚乳酸的有效的應(yīng)用。在一定的自然條件下，聚乳酸能夠在生物方面達(dá)到降解的效果，在降解過(guò)程中產(chǎn)生相應(yīng)的水以及二氧化碳，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成任何的影響，它有效的改善了高分子材料中存在的一些不足之處。聚乳酸還具備良好的生物吸收性與相容性，所以聚乳酸在醫(yī)藥衛(wèi)生、包裝材料等一系列領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍非常廣泛。

就目前來(lái)看，聚乳酸復(fù)合材料主要是在一定條件下，聚乳酸與填料之間復(fù)合而形成的，這一種復(fù)合方式中聚乳酸與填料之間相互結(jié)合的效果較差，而且填料的分散狀態(tài)處于一個(gè)不均勻的狀況，在很大程度上可能會(huì)造成聚乳酸分析量的減少，制備過(guò)程中的一些工序非常的復(fù)雜，制備的時(shí)間也較長(zhǎng)。本文主要針對(duì)制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料過(guò)程中使用相應(yīng)的原位聚合法，利用辛酸亞錫進(jìn)行催化操作，能夠在很大程度上改善聚乳酸具備的性能，簡(jiǎn)化了工藝流程，能夠有效的對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料進(jìn)行相應(yīng)的制備操作，還能夠表征聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中具備的性能及其結(jié)構(gòu)。

1 聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性的實(shí)驗(yàn)

1.1 主要的原材料

聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性實(shí)驗(yàn)中主要的原材料有：DL-丙交酯、辛酸亞錫、三氯甲烷、石油醚以及改性之后納米二氧化硅中形成的粉體。

1.2 制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的流程

在安裝了攪拌裝置的干燥三口瓶中，將一定分量的改性納米二氧化硅、丙交酯以及辛酸亞錫倒入其中，進(jìn)行抽真空操作，大約3 h之后向干燥三口瓶中充入氮?dú)?，進(jìn)行密封，然后將干燥三口瓶置于135±5 ℃油浴24 h，讓其在油浴中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在反應(yīng)完成之后，使用CHCl3進(jìn)行相應(yīng)的溶解，采用石油醚進(jìn)行沉淀，在產(chǎn)生白色黏體狀的物質(zhì)之后，進(jìn)行抽濾操作，將干燥三口瓶置于45 ℃真空干燥箱中，使其重量處于一個(gè)恒定狀態(tài)，使用型號(hào)為Agilent1100的凝膠色譜儀器對(duì)聚合物中含有的分子量進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，將聚苯乙烯作為相關(guān)樣品在制作過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將四氫呋喃作為相應(yīng)的溶劑。

1.3 聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的表征

1.3.1 紅外光譜研究

采用的紅外光譜分析儀器型號(hào)為EQUINOX-55，對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

1.3.2 力學(xué)性能檢測(cè)

使用電子拉力檢測(cè)儀器對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中含有的斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸輕度進(jìn)行檢測(cè)，分別對(duì)每一個(gè)樣品測(cè)試4次，然后取測(cè)試數(shù)值的平均值。

1.3.3 掃描電鏡研究

采用的掃描電鏡型號(hào)為FEISIRION 200，對(duì)聚乳酸中納米二氧化硅粒子的分散狀況進(jìn)行觀察與分析。

2 聚乳酸共聚改性及納米二氧化硅復(fù)合改性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與探討

2.1 紅外光譜研究結(jié)果

如圖1所示，樣品的紅外譜圖。從圖中能夠發(fā)現(xiàn)，樣品中全部都具備聚乳酸特征中存在的吸收峰：1633.12 cm-1位置是端羧基中C—O伸縮振動(dòng)峰，1753.27 cm-1位置是C—O伸縮振動(dòng)峰，1164.29 cm-1位置與1258.12 cm-1位置是C—O的對(duì)稱(chēng)伸展振動(dòng)峰與反對(duì)稱(chēng)伸展振動(dòng)峰，3492.42 cm-1位置是-OH吸收峰等。將a曲線與b曲線之間進(jìn)行一個(gè)比較，能夠發(fā)現(xiàn)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料在1087.01 cm-1位置中出現(xiàn)了Si-O-Si吸收峰，在1131 cm-1位置中出現(xiàn)了Si-O-C吸收峰。因此，能夠證明聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料已經(jīng)形成。

2.2 力學(xué)性能研究結(jié)果

如圖2所示，納米二氧化硅用量的多少會(huì)對(duì)聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中具備的拉伸強(qiáng)度造成一定程度的影響。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅用量的增加，會(huì)在一定程度上降低聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料中含有的斷裂伸長(zhǎng)率，拉伸強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)的增加，主要的原因是聚乳酸內(nèi)部中含有的改性納米二氧化硅發(fā)揮了相應(yīng)的交聯(lián)點(diǎn)作用，增強(qiáng)了聚乳酸結(jié)合力，制約了分子出現(xiàn)變形的情況，加強(qiáng)了抗拉伸能力。

2.3 掃描電鏡研究

如圖3所示，利用掃描電鏡拍攝的純聚乳酸斷面在放大一千倍之后的照片。圖3中顯示的是純聚乳酸斷面中的平面十分的干凈，斷面中的斷裂形態(tài)能夠在掃描電鏡拍攝照片中顏色比較暗的位置中體現(xiàn)出來(lái)，聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性得到了提升。

3 結(jié)語(yǔ)

聚乳酸具備良好的熱成型性、彈性模量以及機(jī)械強(qiáng)度，但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，所以人們開(kāi)始重視聚乳酸共聚改性的分析與研究。納米二氧化硅復(fù)合材料不僅能夠充分的發(fā)揮二氧化硅具備的粒子協(xié)同效應(yīng)、表面效應(yīng)以及小尺寸效應(yīng)，還具備高分子材料中含有的優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上增強(qiáng)了復(fù)合材料的電、光、磁以及機(jī)械等一系列功能特性，各個(gè)國(guó)家在新型材料研發(fā)事項(xiàng)上開(kāi)始逐漸重視納米二氧化硅復(fù)合材料。制備聚乳酸/納米二氧化硅復(fù)合材料，主要是為了將聚乳酸的優(yōu)勢(shì)與納米二氧化硅的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)，研發(fā)出性能更加強(qiáng)大的高分子材料，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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