低成本聚乳酸及聚乳酸复合材料的制备与性能研究

【摘要】以L-乳酸为原料和1,4-丁二醇为端基改性剂,采用熔融缩聚法合成了双端羟基乳酸遥爪低聚物(HO-LAO-OH),通过1H-NMR、FT-IR粘度和酸值对该低聚物结构进行表征。以甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)为扩链剂,对以上遥爪低聚物进行扩链,红外光谱和特性粘度证实扩链反应的发生。同时研究了扩链剂种类、扩链温度、扩链剂用量对扩链产物粘度的影响。较佳扩链反应条件为：扩链剂与端羟基乳酸遥爪低聚物的投料摩尔比(nNCO:nOH)为1.2,反应温度140℃。在该扩链工艺条件下以TDH和HMDI为扩链剂制备的聚乳酸的特性粘度从0.14dl/g分别提高到1.07dl/g和1.26dl/g。另外对扩链产物的机械性能、热性能和吸水率进行了测定。利用上述熔融缩聚和端基改性合成的双端羟基乳酸遥爪低聚物作为与淀粉的共混组分,制备了双端羟基低聚乳酸/淀粉预混物(OH-LAO-OH/St)而后在加入的扩链剂的作用下,预混物中的低聚物发生扩链反应及聚乳酸与淀粉之间发生耦合反应得到聚乳酸与淀粉共混物(PLA/St)。场发射扫描电镜(FE-SEM)观察显示预混物和共混物中淀粉颗粒与聚乳酸具有良好的相容性。对不同用量TDI或HMDI扩链和反应共混得到的PLA/St的力学性能和吸水率的测定得知,当nNCO:nOH=2时,共混物的拉伸强度和断裂伸长率分别是58.6Mpa和5.9%及61.9Mpa和6.6%,与纯聚乳酸的相近(分别等于61.3Mpa和6.2%),是聚乳酸与淀粉的简单共混物的两倍,共混物的平衡吸水率为12.22和12.40%,低于简单共混物的吸水率(16.27%)。以DCP为引发剂,采用马来酸酐对聚乳酸进行熔融接枝改性,制备了聚乳酸-马来酸酐接枝共聚物(PLA-g-MAH)及其与碳酸钙的复合材料。红外光谱表明接枝共聚物的生成,同时测定了接枝物的拉伸性能和亲水性。较好的接枝反应条件为：反应温度为160℃,MAH含量为聚乳酸质量分数的3%,DCP用量为聚乳酸质量分数的0.3%,得到的聚乳酸接枝MAH的接枝率为0.58%。研究了接枝物对复合材料机械性能、结晶性能、吸水性的影响。FE-SEM观察显示碳酸钙在接枝聚乳酸基体中分散均匀,界面相容性好,复合材料的机械性能得到有效改善。
【作者】黄世俊；
【导师】关怀民；
【作者基本信息】福建师范大学，高分子化学与物理，2012，硕士
【关键词】聚乳酸；淀粉；碳酸钙；扩链；共混；复合；相容性；

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