如何提高聚乳酸的耐熱性，這種方法200℃以上

時間：2024-06-11

聚乳酸()是一種新型生物降解材料，具有良好的機械性能、生物相容性和可降解性能，被廣泛應(yīng)用于一次性制品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療裝等眾多領(lǐng)域，但是由于耐熱性差、韌性差等缺點一直制約著聚乳酸的進一步發(fā)展。

實現(xiàn)的快速結(jié)晶，提高制品的耐熱溫度是研究學(xué)者的主要研究方向之一。

主要從結(jié)晶改性、共混改性、納米改性和復(fù)合改性等四個方面綜述國內(nèi)外聚乳酸耐熱改性技術(shù)，并對聚乳酸未來發(fā)展進行展望。

其中，聚乳酸立構(gòu)復(fù)合晶體(SC)的熔點比各自均聚物高50℃，提高到200-230℃。

近年來，隨著“白色污染”日益嚴重，人們愈發(fā)意識到開發(fā)環(huán)保材料的重要性。聚乳酸()作為生物可降解塑料，使用后可由自然界中的微生物引發(fā)降解為CO?、H?O等小分子物質(zhì)，不會產(chǎn)生“白色污染”，具有保護環(huán)境和資源利用雙重功效，符合國家政策導(dǎo)向及未來發(fā)展需求，得到越來越高的重視。

已廣泛用于一次性餐具、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療裝等領(lǐng)域，是目前發(fā)展快、潛力的生物可降解材料之一。

但是，由于結(jié)晶速度慢，結(jié)晶度低，導(dǎo)致其耐熱溫度低、韌性差，制約著材料在高耐熱領(lǐng)域使用的進一步擴大發(fā)展。

筆者從結(jié)晶改性、共混改性、納米改性和復(fù)合改性等方面入手，綜述了當前國內(nèi)外耐熱性的研究進展，并對的進一步發(fā)展進行展望。

1、結(jié)晶改性

結(jié)晶能力差是其韌性和耐熱性較差的根本原因，非晶態(tài)的耐熱溫度為60℃，當其充分結(jié)晶后，耐熱溫度可達140℃以上。因此，提高的工作主要集中在提高其結(jié)晶性能上。目前，常用的結(jié)晶改性手段有熱處理、添加成核劑和制備立構(gòu)復(fù)合晶體。

1.1、熱處理改性

熱處理是改善半結(jié)晶聚合物力學(xué)性能的一種有效方法，特別是對等具有低結(jié)晶能力的聚合物。曹宏偉等利用(DCP)作為引發(fā)劑,與共混引發(fā)發(fā)生支化和交聯(lián)反應(yīng)，制備/DCP共混物。

通過差式掃描量熱儀(DSC)、偏光顯微鏡(POM)和維卡軟化溫度等測試手段研究熱處理對共混物耐熱性的影響。

結(jié)果表明：熱處理前，/DCP共混物的維卡軟化溫度與純接近，僅60.4℃，經(jīng)過110℃/2min處理，共混物的維卡軟化溫度達到155℃，且力學(xué)性能基本保持不變。

分析認為，DCP對分子鏈起到支化和交聯(lián)的作用，共混物交聯(lián)度提高，結(jié)晶速率增大，通過熱處理進一步延長共混物結(jié)晶時間，致使其結(jié)晶，耐熱性大幅提升。

Chen等研究了熱處理對苧麻織物增強復(fù)合材料熱性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，115℃熱處理1h后，及其復(fù)合材料的強度和耐熱性均有明顯提高。

Wang等研究熱處理對/GF復(fù)合材料力學(xué)性能和耐熱性的影響。熱處理前，純和/GF復(fù)合材料結(jié)晶度相近，較低，說明基體結(jié)晶能力較差。隨著熱處理時間的增加，所有材料結(jié)晶度逐漸增大，說明熱處理對結(jié)晶作用是積的。/GF復(fù)合材料100℃熱處理10min后，結(jié)晶度提高，改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能。

1.2、添加成核劑

鄒等將與共混制備出耐熱材料。按含量0%、1%、2%、3%和4%加入，通過X射線衍射(XRD)、DSC、POM和掃描電鏡(SEM)分析表明，隨著含量的增加，共混物的球晶數(shù)目增加，球晶尺寸變小，當含量達到4%時，球晶數(shù)目多，球晶尺寸小，說明在中分散均勻，起到異相成核作用。研究發(fā)現(xiàn)，改性后的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高，耐熱性得到明顯提升。

許鵬飛等將乙烯/甲基丁酯/甲基縮水甘油酯三元共聚物(GEBMA)作為增韌劑，滑石粉(Talc)作為成核劑，采用熔融共混法制備了/GEBMA/Talc共混物，研究了不同含量Talc對三元共聚物力學(xué)性能和耐熱性能的影響。研究表明，Talc的加入會阻礙鏈段的移動，對有增強作用；同時，Talc在中分散性良好，在基體中起到了異相成核作用，增加了成核位點、縮小球晶尺寸，提高了的結(jié)晶性能，使三元共聚物具有較高的力學(xué)性能和耐熱性能。

目前有多種市售成核劑能的成核能力，但是，這些方法常存在加工控制難度高、增加客戶加工工序、加工難度大等不足。

1.3、制備立構(gòu)復(fù)合晶體

乳酸存在左旋和右旋2種對映異構(gòu)體，左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(A)形成的聚乳酸立構(gòu)復(fù)合晶體(SC)的熔點比各自均聚物高50℃，提高到200-230℃，所以，SC晶體的引入可有效地提高的耐熱性。

2、共混改性

將和具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物共混，可以得到耐熱的共混材料。常見的有聚苯乙烯(PS)、聚甲基甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)等。

范寅清等采用熔融共混法制備了PLLA/PMMA共混材料，研究發(fā)現(xiàn)，共混材料僅有一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，說明PLLA與PMMA相容性好，宏觀上未發(fā)生相分離。高剛性的PMMA分子對PLLA起到增果，隨著PMMA的加入，共混材料的耐熱性能和力學(xué)性能均有大幅提升。

3、納米改性

通過對納米填料進行改性處理，使其在基體中良好分散，提供成核位點進而起到促進結(jié)品的作用，只需添加少量改性納米填料便可顯著提高的力學(xué)和耐熱等性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4、復(fù)合改性

任何一種單一方法的使用，對提高的耐熱性能都具有局限性。很多研究學(xué)者采用兩種或多種方法共同提高的耐熱性，效果加顯著。

詞條
詞條說明
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