耐熱性的實(shí)用技巧與方法，耐熱性差的根源是什么？

時(shí)間：2024-06-06

作者：深圳市深德鴻環(huán)保新材料有限公司

聚乳酸()也稱聚丙交酯，屬于線性熱塑性聚酯，是以乳酸為單體聚合得到的。乳酸是手性分子，存在立體異構(gòu)體，即左旋立體異構(gòu)體(左手性)、右旋立體異構(gòu)體(右手性)以及外消旋立體異構(gòu)體。

材料呈現(xiàn)出的耐熱性差的原因是其結(jié)晶速率慢和結(jié)晶度低。非結(jié)晶材料其熱變形溫度僅為55℃左右，PP、PS等常用塑料，限制了在較高溫度下的使用。

聚乳酸是一種環(huán)保的高分子材料，被認(rèn)為具21世紀(jì)具潛力、應(yīng)用前景廣闊的材料之一，引起了廣泛的社會關(guān)注和青睞，在生物、食品包裝以及電子電器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

但是，的生產(chǎn)材料普遍存在力學(xué)強(qiáng)度低、韌性差、結(jié)晶速度緩慢、結(jié)度低、耐熱性差等缺點(diǎn)，大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

在國內(nèi)外研究中，提高聚乳酸材料的耐熱性的方法主要有3種：共混改性、鏈結(jié)構(gòu)改性、結(jié)晶改性。

本文綜述了國內(nèi)外關(guān)于提高聚乳酸材料耐熱性能的方法及機(jī)制，如共混改性，共聚改性，共聚及共混復(fù)合改性、交聯(lián)改性、結(jié)晶改性。

共混改性：

共混改性是將2種或2種以上的材料通過物理的方式混合到一起，使不同材料的特性優(yōu)化組合于一體來改善材料的性能，或賦予原聚合物不具有的性能。這種改性主要是通過聚合物復(fù)合改性或改性，共混方式通常為熔融法和溶液法。

聚合物復(fù)合改性

復(fù)合改性方法是通過與耐高溫的聚合物材料共混，如聚碳酸酯(PC)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚甲基甲酯(PMMA)等，從而提高聚乳酸復(fù)合材料的耐熱性能。

QU等研究人員以乙烯-馬來酸酐-甲基縮水甘油酯三元共聚物(EMG)為增容劑，滑石粉為成核劑，將聚乳酸()和聚碳酸酯(PC)進(jìn)行熔融共混，研究表明加入EMG和滑石粉可改善/PC的相容性，/PC共混材料的熱變形溫度和結(jié)晶度均有所提升，耐熱性得到改善。

聚合物復(fù)合改性方法通?？赏瑫r(shí)提高聚合材料的耐熱性和韌性，但分散性不均的問題會導(dǎo)致聚合物材料性能的的下降，若加入聚合物的比例升高，則會使復(fù)合材料生物可降解性受到破壞，因此，該方法僅能滿足小幅度提高的耐熱性。

改性

改性是將一些納米材料添加到中，通常加入的納米粒子大部分應(yīng)用于基體中，能夠?qū)廴樗峄w起到成核作用，促進(jìn)α晶的生成，從而提高的耐熱性能。

常用到中的納米材料有碳納米管(CNT)、多碳納米管(MWNTs)、氧化石墨烯（GO）、化合成氟云母（OMSFM）等。

Xu等研究人員將氧化石墨烯(GO)添加到聚乳酸中發(fā)現(xiàn)，GO的添加使其熱變形溫度提高到165℃，同時(shí)也了降低了透氣系數(shù)，從而使該納米復(fù)合材料獲得了較高的耐熱性。

鏈結(jié)構(gòu)改性：

鏈結(jié)構(gòu)改性主要是通過共聚改性或交聯(lián)改性的方法，在鏈段中引入柔性鏈，可調(diào)控段的流動性，使的力學(xué)性能和結(jié)晶性能等得到提高。

1、共聚改性

共聚改性是將乳酸單體與其他性以及活性相近的單體聚合，形成新的共聚物，通過調(diào)節(jié)其他單體的種類及比例來改善的性能。

共聚改性相對于共混改性，大的優(yōu)勢在于可以很大程度上克服體系相容性較差的缺點(diǎn)，且共聚物的結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性。

Qi等研究人員以PuronicF68(一種聚(）-聚(）-聚()的水溶性三嵌段共聚物)為引發(fā)劑，2-乙基亞錫為催化劑，利用聚(PEO）-聚苯醚(PPO）-PEO 三嵌段共聚物與D-丙交酯進(jìn)行開環(huán)聚合，得到A-PluronicF68-A多嵌段共聚物，然后將和多嵌段共聚物熔融共混發(fā)現(xiàn)，共混物中形成了SC立構(gòu)復(fù)合晶，顯著增強(qiáng)了聚合物的韌性和耐熱性。

2、交聯(lián)改性

交聯(lián)改性是通過加入適量的交聯(lián)劑，然后利用輻照、光照或加熱等手段誘導(dǎo)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián)劑一般采用多官能團(tuán)異化合物和烯丙基類化合物等。

該方法形成的SC晶可以熔融重結(jié)晶再次形成SC晶，且形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)可降解，是一種有效的提高聚合物耐熱性的方法。

Bai等研究人員將過氧化二枯基(DCP)作為自由基引發(fā)劑，三烯丙基異(TAIC)作為交聯(lián)劑，采用熔融共混方式與等量的PLLA和A共混制備交聯(lián)共混物，形成的SC晶具有優(yōu)異的重結(jié)晶能力，使共混物具有良好的熔融穩(wěn)定性和出色的耐熱性。

結(jié)晶改性：

目前多數(shù)研究是通過提高α晶或SC晶的方式來提高聚乳酸的耐熱性能，常用的結(jié)晶改性方法主要是通過添加成核劑改性或加工工藝改性。

1、添加成核劑改性

添加成核劑是利用成核劑的異相成核作用來降低成核所需的表面自由能勢壘，可有效地提高其結(jié)晶速率和結(jié)晶度，減小晶粒尺寸，從而提高的耐熱性能。

目前，的成核劑主要有類和無機(jī)類二大類。

其中：類成核劑主要包括脂肪族、芳香族、胺類以及金屬磷酸鹽等;無機(jī)類成核劑主要有無機(jī)鹽化合物(如碳酸鈣)、層狀硅酸鹽(如滑石粉)等。

許鵬飛等研究人員采用熔融共混方法制備了/甲基縮水甘油酯三元共聚物(GEBMA)滑石粉(Talc）共混物，其中GEBMA起到了增韌作用，Talc的添加起到了異相成核的作用，提高了的α晶結(jié)晶速率，減小了晶體尺寸，使共混物的耐熱性能提高。

2、加工工藝改性

加工工藝改性主要是通過調(diào)節(jié)加工方式(如退火處理、改變加工溫度、冷卻溫度、在高剪切速率等條件)使形成SC晶。

目前，在適宜的結(jié)晶溫度下進(jìn)行退火處理是簡單有效的方法，該方法操作簡便，條件容易控制，能夠得到大量的晶體結(jié)構(gòu)，提高材料的結(jié)晶度和耐熱性能。

Robet等研究人員通過退火處理提高了材料的結(jié)晶性能和耐熱性能，研究發(fā)現(xiàn)在110℃退火20min使材料的熱變形溫度提高至141℃，拉伸模量和尺寸穩(wěn)定性也顯著持高。

應(yīng)澤人分別用溶液共混法和熔融共混法制備了PLLA/A共混物發(fā)現(xiàn)，熔融共混法制備的共混物SC立構(gòu)晶含量高，經(jīng)過退火條件處理后PLLA/A共混物的維卡軟化溫度升高，耐熱性明顯提高。

可生物降解的聚乳酸材料符合發(fā)展的理念，其耐熱性差的缺點(diǎn)可通過添加物、成核劑或調(diào)整加工工藝以及共聚、交聯(lián)等方法進(jìn)行改性外理，這些方法能夠有效地提高聚乳酸的熱變形溫度和維卡軟化溫度。

目前，國內(nèi)外受青睞的方法是通過結(jié)晶改性來提高聚乳酸材料的耐熱性能，并配合加工工藝條件改性方法進(jìn)行調(diào)控，從而地提高聚乳酸材料的耐熱性能。

為保持其環(huán)保的可生物降解性，研究者盡可能采用生物基材料進(jìn)行改性，雖然能夠滿足聚乳酸在單一方面性能的提升，但實(shí)現(xiàn)的耐熱聚乳酸依然是當(dāng)前的挑戰(zhàn)。

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因此，想要在市場中有長久的發(fā)展，還是需要參與其中的。

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