蓖麻油在聚乳酸改性中的应用

摘要

聚乳酸(PLA)具有优异的可生物降解性、良好的生物相容性，并通过可再生的植物淀粉合成，使其在生物医药和环保材料等领域有着广阔的应用前景。近几十年来聚乳酸及其共聚物的研究取得长足的进展，且聚乳酸已实现产业化生产。聚乳酸分子量影响其加工性能，开发更加合理高效的分子量控制工艺是研究重点，另外聚乳酸固有的脆性和偏高的价格限制了其应用范围。
　　 在聚合体系中引入廉价、可降解的共催化剂蓖麻油，作为新的分子量控制手段，研究蓖麻油对丙交酯开环聚合反应的影响，并用DSC、TGA、FT-IR、核磁共振等测试手段对聚合物结构和性能进行了表征。添加蓖麻油可以控制聚乳酸的分子量，加快聚合反应速度，且不影响丙交酯的转化率，蓖麻油添加量≤1％时，可以得到高分子量的聚乳酸；催化剂辛酸亚锡用量以0.5‰为宜。通过FT-IR和核磁共振对聚乳酸结构分析结果表明，蓖麻油与聚乳酸分子间形成化学键，蓖麻油能够引发丙交酯开环聚合。
　　 聚乳酸加工过程中，蓖麻油可作为PLA的增塑剂，在增加PLA塑性的同时，明显降低PLA力学强度，，当蓖麻油用量20%时，PLA断裂伸长率为240%。蓖麻油-乳酸共聚物对PLA具有良好的增韧作用，且增韧效果随共聚物中蓖麻油含量增加而增加。通过在蓖麻油-乳酸共聚物/PLA共混物中加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，可进一步提高PLA的综合力学性，且其热失重率明显降低。当IPDI含量为0.5%时，PLA共混物的拉伸强度和弹性模量分别达到62.5MPa和2108MPa，而断裂伸长率和缺口冲击强度也比未添加IPDI的样品有所增加，分别达到11.3%和9.5kJ/m2。在含有IPDI的蓖麻油-乳酸共聚物/PLA共混物中加入滑石作为成核剂，可有效提高材料的耐热性能，耐热温度由60C左右提高到95℃左右，在此基础上再加入适量玻璃纤维可提高材料的强度，同时缺口冲击强度也比PLA高2～3倍。