聚乳酸/乙酸丙酸纖維素復(fù)合材料共混研究

程一飛（池州學(xué)院材化系,安徽　池州　247000）

聚乳酸/乙酸丙酸纖維素復(fù)合材料共混研究

程一飛
（池州學(xué)院材化系,安徽池州247000）

將聚乳酸與乙酸丙酸纖維素簡單混合后形成共混復(fù)合材料，對其進(jìn)行力學(xué)性能測試、熱重分析和生物降解分析，發(fā)現(xiàn)PLA/CAP共混復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、熱失重率、生物降解性能等會(huì)隨著CAP含量的高低而發(fā)生相應(yīng)的變化。

CAP；PLA；共混體；拉伸強(qiáng)度

0　引言

自上世紀(jì)90年代以來，聚乳酸材料在材料行業(yè)迅速脫穎而出，得到迅猛發(fā)展。聚乳酸材料是從植物發(fā)酵中獲取的，材料來源非常廣，是一種可再生資源。同時(shí)，其具有優(yōu)良得生物降解性、相容性和可吸收性，除此之外，還具有較好的力學(xué)性能，因而受到人們的關(guān)注和喜愛。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，聚乳酸材料的應(yīng)用范圍日益廣闊，將逐漸成為許多材料的優(yōu)良的替代品，降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活對石化等能源的依賴性。但是，聚乳酸材料雖然具有較好的生物降解性能，其抗沖擊能力則非常差、熱合成本高，所以在運(yùn)用時(shí)受到的限制較多。在這種形勢下，進(jìn)行聚乳酸材料的性能改進(jìn)研究十分必要，常規(guī)的做法是添加木粉等纖維素衍生物，使聚乳酸材料成為降解性能高的高分子材料，使其充分具有本身的生物降解性能和纖維素衍生物的耐熱、抗沖擊性能。目前，不少學(xué)者開展了聚乳酸材料與纖維素的共混研究：周洪等人將聚乳酸材料與二醋酸纖維素進(jìn)行簡單的共混得到復(fù)合材料，通過分析發(fā)現(xiàn)，共混復(fù)合材料具有較好的相容性，HDT得到明顯提升，力學(xué)性能增強(qiáng)。本文采用聚乳酸與乙酸丙酸纖維素共混成復(fù)合材料，研究共混體的性能。

1　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1實(shí)驗(yàn)材料和容器

材料：工業(yè)級聚乳酸（PLA），Mn、Mw分別為87500、16900;乙酸丙酸纖維素（CAP），Mw為75000。

儀器：本次實(shí)驗(yàn)中所用的儀器主要有微量混合擠出機(jī)、微量注冊成型機(jī)、粉碎機(jī)、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、熱重分析儀等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

先將PLA、和CAP材料放置到105℃的烘箱中烘烤12h，將其含水率降到1%以下后方拿出，然后按照不同的比例進(jìn)行PLA、CAP的共混，混合均勻后，用微量混合擠出機(jī)對混合體進(jìn)行熔融共混處理，將擠出溫度設(shè)定為175℃，而螺桿的轉(zhuǎn)速則為100r/min，制備出PLA/CAP混合體后，接著將其放置到粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎處理，粉碎后再用微量注射成型機(jī)將粉碎物注射成標(biāo)準(zhǔn)的混合體試樣，在這一過程中，將注射溫度設(shè)定為180℃，模具的溫度為60℃，注射壓力為60MPa，注射時(shí)間為5s，保壓壓力50MPa，保壓時(shí)間3s。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1力學(xué)性能分析

將共混復(fù)合材料裁剪成10cm×1cm的長條形，然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行壓力測試，得出壓力-應(yīng)力變化曲線。在測試中，拉伸的速度為10mm/min，將拉力控制在50N以內(nèi)。

結(jié)果表明：隨著共混復(fù)合材料中CAP含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加。當(dāng)CAP含量為20%時(shí)，共混體的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值；接著，隨著CAP含量的增加，共混體的拉伸強(qiáng)度逐漸降低。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是因?yàn)椋荷倭康腃AP融入到PLA中后能均勻的分散到PLA中，在PLA中起到骨架的作用；在進(jìn)行力學(xué)性能測試時(shí)，在外界壓力的作用下，CAP能有效傳遞應(yīng)力，增強(qiáng)共混體的拉伸強(qiáng)度。而一旦CAP的含量過高，那么可能會(huì)帶來分散的不均勻現(xiàn)象，造成局部的堆積情況，而且，CAP之間會(huì)相互吸引、纏繞，共混體中的應(yīng)力被集中到局部區(qū)域，最終導(dǎo)致共混體拉伸強(qiáng)度降低。

2.2熱重分析

運(yùn)用熱重分析儀進(jìn)行熱重分析，掃描速率設(shè)定為20℃/min，掃描范圍為20-800℃。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：聚乳酸材料的最大熱失重速率溫度為370℃。而共混體的熱失重速率溫度則會(huì)隨著CAP含量的大小而出現(xiàn)不同程度的降低，逐步從370℃降到360℃左右。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是因?yàn)椋篊AP的熱穩(wěn)定性不好，這在一定程度上降低了復(fù)合材料的熱分解溫度。而且，共混體中的CAP含量越高，熱分解溫度降低得越明顯。

2.3生物降解性分析

將試樣裁剪成5cm×3cm的條形，并稱重，然后將試樣放入到濕潤、肥沃的田地中，將試樣埋入到田地地表以下10cm處，1個(gè)月后取出試樣，干燥后稱重，按照下式計(jì)算出試樣的失重率：失重率=（降解前重量-降解后重量）/講解前重量*100%。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加入CAP的試樣生物降解速率更快。這是因?yàn)椋汗不祗w埋入松軟、潮濕的突然中后，在水分子的作用下使聚乳酸的大分子鏈逐漸斷裂形成小分子的鏈段，接著，這些小分子鏈段又被土壤中的微生物分解。由于CAP具有較好的親水性，與PLA混合后具有了更高的吸水率，這樣就提高了聚乳酸的水解速度，加快土壤中微生物降解速度加快。

3　結(jié)束語

本文采用雙螺旋桿擠出工藝制備出了CAP含量不同的PLA/ CAP共混體，并通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，隨著CAP含量的增加，共混體的吸水率提高，拉伸強(qiáng)度則先升后降，熱失重速率則能達(dá)到10℃左右。

[1]張明明,程增會(huì),金立維等.聚乳酸/乙酸丙酸纖維素復(fù)合材料共混研究[J].工程塑料應(yīng)用,2012,40(08):32-35.

[2]周洪,龔麗麗,熊杉等.二醋酸纖維素接枝聚乳酸增容聚乳酸/二醋酸纖維素共混體系[J].應(yīng)用化工,2013,42(02):295-298.

[3]洪潤.基于共連續(xù)聚乳酸/聚苯乙烯的多孔制品成型研究[D].鄭州大學(xué),2014.

程一飛（1992—），男，安徽旌德人，本科，研究方向：化學(xué)； 材料共混性能研究（聚苯硫醚與聚醚醚酮共混后熱性能研究）。