如何提高聚乳酸的耐熱性，這種方法200℃以上

時(shí)間：2024-06-11

聚乳酸()是一種新型生物降解材料，具有良好的機(jī)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(diǎn)一直制約著聚乳酸的進(jìn)一步發(fā)展。

實(shí)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(gè)方面綜述國內(nèi)外聚乳酸耐熱改性技術(shù)，并對(duì)聚乳酸未來發(fā)展進(jìn)行展望。

其中，聚乳酸立構(gòu)復(fù)合晶體(SC)的熔點(diǎn)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(yán)重，人們愈發(fā)意識(shí)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(huì)產(chǎn)生“白色污染”，具有保護(hù)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(jìn)一步擴(kuò)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(dāng)前國內(nèi)外耐熱性的研究進(jìn)展，并對(duì)的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)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(dāng)其充分結(jié)晶后，耐熱溫度可達(dá)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(duì)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(duì)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(dá)到155℃，且力學(xué)性能基本保持不變。

分析認(rèn)為，DCP對(duì)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(jìn)一步延長共混物結(jié)晶時(shí)間，致使其結(jié)晶，耐熱性大幅提升。

Chen等研究了熱處理對(duì)苧麻織物增強(qiáng)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(qiáng)度和耐熱性均有明顯提高。

Wang等研究熱處理對(duì)/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(shí)間的增加，所有材料結(jié)晶度逐漸增大，說明熱處理對(duì)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(dāng)含量達(dá)到4%時(shí)，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(duì)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(huì)阻礙鏈段的移動(dòng)，對(duì)有增強(qiáng)作用；同時(shí)，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(diǎn)、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(duì)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(diǎn)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(gè)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(duì)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(duì)納米填料進(jìn)行改性處理，使其在基體中良好分散，提供成核位點(diǎn)進(jìn)而起到促進(jìn)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(duì)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
PHA片材，不僅僅是一種生物塑料
聚羥基鏈烷酸酯（PHA）已經(jīng)發(fā)展成為一種多功能生物聚合物，本篇文章介紹了PHA的結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及生產(chǎn)方式，探討了PHA在環(huán)保包裝材料、、化妝品與材料、3D打印技術(shù)等行業(yè)等的廣泛的應(yīng)用前景。通過代謝工程的努力，PHA可以改變延展性、彈性等性質(zhì)，以滿足各種行業(yè)的不同需要。01、PHA作為生物聚合物的優(yōu)點(diǎn)和局限性PHA是一種能用糖或植物油等可再生原料進(jìn)行發(fā)酵的塑料，一般以顆粒形式儲(chǔ)存在細(xì)菌中，在不同領(lǐng)域具有
塑料與氣候變化，聚乳酸材料的環(huán)保方向
近年來，碳排放增加帶來的溫室效應(yīng)正悄然影響著人們的生存環(huán)境。病蟲害增加、海平面上升、氣候反常、沙漠化面積增大……據(jù)能源署告稱，2018年與能源相關(guān)的二氧化碳排放較2017年增加1.7%，達(dá)到330億噸，為2013年以來成長速度快的一年。照此速度發(fā)展，到2050年溫度將上升2-4℃，這意味著南北冰山大幅度融化，海平面上升將導(dǎo)致包括紐約、上海、東京和悉尼等沿海城市和一些島嶼國家從人們的視野里消失。塑料
聚乳酸材料的的可持續(xù)之道
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聚乳酸（）的特點(diǎn)、聚乳酸（）的發(fā)展趨勢(shì)
聚乳酸()是一種新型的生物基可生物降解材料，由玉米、木薯等農(nóng)作物糖化后，經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸聚合而成，原料來源廣泛且可再生。聚乳酸具有良好的生物降解性、生物相容性、熱穩(wěn)定性、抗溶劑性和易加工性等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于服裝制造、和衛(wèi)生等領(lǐng)域。乳酸是一種自然界中廣泛存在的酸，其生產(chǎn)工藝屬于發(fā)酵工業(yè)?，F(xiàn)代的發(fā)酵工業(yè)已將生物技術(shù)、基因工程、化學(xué)工程技術(shù)等進(jìn)行融合，形成一個(gè)大工業(yè)體系。乳酸行業(yè)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，國內(nèi)