聚乳酸/生物降解聚酯弹性体粒子复合材料的制备与性能研究

摘要

聚乳酸具有高强度、良好生物相容性以及可生物降解等优点，但其性脆、韧性差等缺点限制了它的应用。传统的聚乳酸增韧方法是将聚乳酸与低聚物或弹性体直接共混制备聚乳酸复合材料，虽然能一定程度上提高聚乳酸复合材料的韧性，但牺牲了生物降解性和强度。本文设计制备了生物降解聚酯弹性体粒子，并将生物降解聚酯弹性体粒子与聚乳酸直接熔融共混制备成聚乳酸/生物降解聚酯弹性体粒子复合材料，探讨了生物降解聚酯弹性体粒子对聚乳酸复合材料性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴生物降解聚酯弹性体粒子的制备。以1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、衣康酸、富马酸、丁二酸和癸二酸为原料，采用熔融缩聚反应合成了重复单元不同的两种脂肪族不饱和聚酯。脂肪族不饱和聚酯经过乳化、辐射交联及喷雾干燥等工艺，制备成相应的两种生物降解聚酯弹性体粒子，粒径为微纳米级，玻璃化转变温度分别为-54.3°C和-44.8°C。⑵生物降解聚酯弹性体粒子能明显改善聚乳酸复合材料的韧性；与纯聚乳酸的断裂伸长率(3.1％)相比，两种生物降解聚酯弹性体粒子(10 wt%)改性的聚乳酸复合材料的断裂伸长率分别增加至31.7%和28.6%；生物降解聚酯弹性体粒子改性后的聚乳酸复合材料冲击断面变得粗糙不平整，并伴随有大量银纹与空穴产生，发生了塑性形变。⑶聚乳酸/生物降解聚酯弹性体粒子复合材料的结晶性能研究。小粒径、低Tg(200~300 nm，Tg=-54.3 oC)的生物降解聚酯弹性体粒子能够起到成核剂作用，明显缩短聚乳酸复合材料的半结晶时间，提高结晶速度。当生物降解聚酯弹性体粒子含量为8 wt%时，聚乳酸复合材料的结晶速率常数是纯聚乳酸的近2倍，半结晶时间由12.07 min缩短到7.11 min。大粒径、高Tg(500~700 nm，Tg=-44.8 oC)的生物降解聚酯弹性体粒子对聚乳酸的结晶速率影响较小。两种生物降解聚酯弹性体粒子改性后的PLA的(200)/(110)晶面衍射峰向低2θ处移动，促使α'晶体的形成。⑷聚乳酸/生物降解聚酯弹性体粒子复合材料的降解性能研究。脂肪酶、降解时间、生物降解聚酯弹性体粒子的含量，降解介质的pH值是影响聚乳酸复合材料降解的主要因素。脂肪酶能促进PLA复合材料的降解，其降解速率随着脂肪酶浓度的增加而增加。在脂肪酶浓度为5g/L的中性磷酸盐缓冲液中，两种生物降解聚酯弹性体粒子(10 wt%)改性的聚乳酸复合材料降解10天后的质量损失率分别为3.2%与2.3%，是PLA的2.4倍与1.7倍。聚乳酸复合材料的降解速率随降解环境的pH值而变化，降解速度由小到大为：pH6.86