聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混改性聚乳酸(PLA)高性能全生物降解复合材料研究进展

聚乳酸(PLA)作为一种可降解、可再生的聚合物,其优异的生物相容性和高强度、高模量的力学性能引起了许多学者的关注。聚乳酸基生物复合材料自进入人们的视野以来,由于其固有的延展性差、冲击强度低,加工过程结晶速率慢,结晶度小等缺陷,严重阻碍了其发展。关于PLA的改性研究在近十年里从未间断过,主要集中在增塑改性、增强改性、增韧改性。增塑改性是指向PLA中加入乳酸低聚物、柠檬酸酯、聚乙二醇等小分子化合物,减少PLA分子链间的相互作用,改善PLA的塑性,断裂伸长率大幅度提高,但增塑剂易渗出、迁移是如今面临的一大难题;增强改性是指向PLA加入无机填料或纳米粒子(二氧化硅(SiO 2)、二氧化钛(TiO 2)、碳酸钙(CaCO 3)、滑石粉(Talc)、蒙脱土(MMT)等)引发异相成核,改善PLA的结晶性能,但无法从根本上解决材料韧性差的缺陷;增韧改性是指加入橡胶粒子或热塑性弹性体(天然橡胶(NR)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)等),虽然在一定程度上改善了PLA的韧性,但PLA的生物降解性无法保证;随着一些可降解聚酯(聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等)的产生,在不改变降解性能下,对PLA进行有效的增韧改性,是聚乳酸改性研究的主要方向和研究热点。PBAT作为一种可降解聚酯聚合物,链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性,赋予了其优异的柔韧性,与其他聚酯材料相比,这一优势是作为增韧改性PLA的最佳选择。在早期PLA/PBAT的研究过程中就发现,由于分子链段上结构的巨大差异,PBAT与PLA的相容性差导致共混物力学性能不佳。近十年里,研究者在聚合物共混改性的基础上,选择合适的第三组分对PLA/PBAT共混体系进行改性,并取得了丰硕的成果。目前,PLA/PBAT共混体系的增韧后冲击强度由纯PLA的2.3 kJ/m 2提高至61.9 kJ/m 2。本文归纳了PBAT增韧改性PLA共混体系复合材料的研究进展,分别对物理共混(无机填料或纳米粒子和物理相容剂)、反应性共混增容剂改性PLA/PBAT体系进行了介绍,分析了PLA/PBAT共混改性体系面临的问题并展望其前景,以期为制备高性能全生物降解PLA/PBAT复合材料提供参考。

环境友好型增塑剂增韧聚乳酸的最新研究进展

聚乳酸(PLA)是一种高模量、高强度的生物可降解热塑性聚酯,具有良好的生物相容性,且不污染环境,是目前最有发展前景的环保材料之一。然而,纯PLA分子链刚性大、性脆、结晶速率慢,这些缺点都极大地限制了PLA在各领域的应用。近年来,PLA的增韧研究越来越引起了研究者们的重视,增塑改性就是增韧PLA的有效方法之一。增塑能提高PLA分子链的运动能力,减小分子链间的作用力,从而改善PLA的加工流动性和脆性。但增塑剂与PLA相容性不佳,小分子增塑剂易迁移,大分子增塑剂会与PLA发生相分离。为防止PLA制品带来的危害,学者们纷纷开始研究环境友好型增塑剂对PLA的增韧效果。最近,比较热门的环境友好型增塑剂有柠檬酸酯类增塑剂、聚乙二醇(PEG)、乳酸低聚物(OLA)、植物油基增塑剂等。柠檬酸酯类增塑剂对PLA的增塑效果好,增塑后PLA的断裂伸长率增至400%,但增塑后的PLA材料变软,力学性能达不到应用要求,且柠檬酸酯类增塑剂易从PLA材料中迁出,材料最终性能将变得更差。PEG能有效增韧PLA,但PEG易与PLA发生相分离,随后,学者们将PEG接枝在PLA链上进行增塑,取得了不错的增韧效果。OLA与PLA具有相似的化学结构,且相容性较好,直链OLA增塑PLA后其延展性显著提高,但材料强度明显下降。同时,还可以利用支化OLA增塑PLA,使PLA中的结晶区域与无定形区域达到平衡来提高PLA的韧性。植物油基增塑剂可生物降解、环境友好、易于获得,且源于可再生资源,但与PLA的相容性差,易发生相分离。本文主要总结了近几年国内外学者在增韧聚乳酸方面的研究,并分别综述了柠檬酸酯类增塑剂、聚乙二醇(PEG)、乳酸低聚物(OLA)、植物油基增塑剂对PLA材料结构和性能的影响,分析了各类增塑剂增塑PLA中还存在的问题,以期为制备高透明、高性能且可生物降解的PLA材料提供参考。