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聚乳酸/乙酸丙酸纤维素复合材料共混研究

2015-05-06程一飞池州学院材化系安徽池州247000

山东工业技术 2015年3期
关键词:聚乳酸丙酸乙酸

程一飞(池州学院材化系,安徽 池州 247000)

聚乳酸/乙酸丙酸纤维素复合材料共混研究

程一飞
(池州学院材化系,安徽池州247000)

将聚乳酸与乙酸丙酸纤维素简单混合后形成共混复合材料,对其进行力学性能测试、热重分析和生物降解分析,发现PLA/CAP共混复合材料的拉伸强度、热失重率、生物降解性能等会随着CAP含量的高低而发生相应的变化。

CAP;PLA;共混体;拉伸强度

0 引言

自上世纪90年代以来,聚乳酸材料在材料行业迅速脱颖而出,得到迅猛发展。聚乳酸材料是从植物发酵中获取的,材料来源非常广,是一种可再生资源。同时,其具有优良得生物降解性、相容性和可吸收性,除此之外,还具有较好的力学性能,因而受到人们的关注和喜爱。随着社会经济的发展,聚乳酸材料的应用范围日益广阔,将逐渐成为许多材料的优良的替代品,降低社会经济生产生活对石化等能源的依赖性。但是,聚乳酸材料虽然具有较好的生物降解性能,其抗冲击能力则非常差、热合成本高,所以在运用时受到的限制较多。在这种形势下,进行聚乳酸材料的性能改进研究十分必要,常规的做法是添加木粉等纤维素衍生物,使聚乳酸材料成为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纤维素衍生物的耐热、抗冲击性能。目前,不少学者开展了聚乳酸材料与纤维素的共混研究:周洪等人将聚乳酸材料与二醋酸纤维素进行简单的共混得到复合材料,通过分析发现,共混复合材料具有较好的相容性,HDT得到明显提升,力学性能增强。本文采用聚乳酸与乙酸丙酸纤维素共混成复合材料,研究共混体的性能。

1 实验内容

1.1实验材料和容器

材料:工业级聚乳酸(PLA),Mn、Mw分别为87500、16900;乙酸丙酸纤维素(CAP),Mw为75000。

仪器:本次实验中所用的仪器主要有微量混合挤出机、微量注册成型机、粉碎机、电子万能试验机、热重分析仪等。

1.2实验方法

先将PLA、和CAP材料放置到105℃的烘箱中烘烤12h,将其含水率降到1%以下后方拿出,然后按照不同的比例进行PLA、CAP的共混,混合均匀后,用微量混合挤出机对混合体进行熔融共混处理,将挤出温度设定为175℃,而螺杆的转速则为100r/min,制备出PLA/CAP混合体后,接着将其放置到粉碎机中进行粉碎处理,粉碎后再用微量注射成型机将粉碎物注射成标准的混合体试样,在这一过程中,将注射温度设定为180℃,模具的温度为60℃,注射压力为60MPa,注射时间为5s,保压压力50MPa,保压时间3s。

2 实验结果分析

2.1力学性能分析

将共混复合材料裁剪成10cm×1cm的长条形,然后在万能试验机上进行压力测试,得出压力-应力变化曲线。在测试中,拉伸的速度为10mm/min,将拉力控制在50N以内。

结果表明:随着共混复合材料中CAP含量的增加,复合材料的拉伸强度增加。当CAP含量为20%时,共混体的拉伸强度达到最大值;接着,随着CAP含量的增加,共混体的拉伸强度逐渐降低。出现这一结果的原因是因为:少量的CAP融入到PLA中后能均匀的分散到PLA中,在PLA中起到骨架的作用;在进行力学性能测试时,在外界压力的作用下,CAP能有效传递应力,增强共混体的拉伸强度。而一旦CAP的含量过高,那么可能会带来分散的不均匀现象,造成局部的堆积情况,而且,CAP之间会相互吸引、缠绕,共混体中的应力被集中到局部区域,最终导致共混体拉伸强度降低。

2.2热重分析

运用热重分析仪进行热重分析,扫描速率设定为20℃/min,扫描范围为20-800℃。

结果发现:聚乳酸材料的最大热失重速率温度为370℃。而共混体的热失重速率温度则会随着CAP含量的大小而出现不同程度的降低,逐步从370℃降到360℃左右。出现这一结果的原因是因为:CAP的热稳定性不好,这在一定程度上降低了复合材料的热分解温度。而且,共混体中的CAP含量越高,热分解温度降低得越明显。

2.3生物降解性分析

将试样裁剪成5cm×3cm的条形,并称重,然后将试样放入到湿润、肥沃的田地中,将试样埋入到田地地表以下10cm处,1个月后取出试样,干燥后称重,按照下式计算出试样的失重率:失重率=(降解前重量-降解后重量)/讲解前重量*100%。

结果发现:加入CAP的试样生物降解速率更快。这是因为:共混体埋入松软、潮湿的突然中后,在水分子的作用下使聚乳酸的大分子链逐渐断裂形成小分子的链段,接着,这些小分子链段又被土壤中的微生物分解。由于CAP具有较好的亲水性,与PLA混合后具有了更高的吸水率,这样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 结束语

本文采用双螺旋杆挤出工艺制备出了CAP含量不同的PLA/ CAP共混体,并通过实验分析发现,随着CAP含量的增加,共混体的吸水率提高,拉伸强度则先升后降,热失重速率则能达到10℃左右。

[1]张明明,程增会,金立维等.聚乳酸/乙酸丙酸纤维素复合材料共混研究[J].工程塑料应用,2012,40(08):32-35.

[2]周洪,龚丽丽,熊杉等.二醋酸纤维素接枝聚乳酸增容聚乳酸/二醋酸纤维素共混体系[J].应用化工,2013,42(02):295-298.

[3]洪润.基于共连续聚乳酸/聚苯乙烯的多孔制品成型研究[D].郑州大学,2014.

程一飞(1992—),男,安徽旌德人,本科,研究方向:化学; 材料共混性能研究(聚苯硫醚与聚醚醚酮共混后热性能研究)。

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