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聚乳酸/淀粉共混物的制备与表征

邵俊

   采用溶液聚合法,在淀粉上原位接枝聚合得到淀粉接枝聚乳酸共聚物。用强极性溶剂二甲基亚砜(DMSO)将淀粉溶解,以叔丁醇钾为引发剂,引发L-丙交酯接枝聚合,产物经提纯后,通过红外、核磁、XRD等测试方法验证了接枝反应的进行,在聚合温度为75℃、时间4h、原料摩尔比为淀粉:丙交酯:叔丁醇钾=10:75:3条件下,产物接枝百分比达83%。 采用溶胀聚合法合成淀粉接枝聚乳酸共聚物,先用少量DMSO将淀粉溶胀,活化淀粉中的羟基,再以叔丁醇钾为引发剂,引发丙交酯开环接枝聚合。考察了聚合温度、聚合时间、原料摩尔比、溶剂种类及用量对产物的影响,在120℃、聚合3h、10mLDMSO为溶胀剂、淀粉:并交酯:叔丁醇钾摩尔比为10:100:2的条件下,可得接枝百分比达376%的接枝物,改变不同配比,可分别得到接枝百分比为115%至376%的接枝共聚物。通过差示扫描量热分析(DSC)和热重分析(TG)发现,反应后接枝物的吸水性大大降低,在200℃以内无明显吸收峰,且无明显失重。 将溶液法合成的接枝百分比为83%的淀粉接枝聚乳酸共聚物作为增容剂用于淀粉/聚乳酸共混体系,采用溶液共混法制备共混物。结果表明,与未加接枝物的共混体系相比,添加接枝物的共混物中聚乳酸的结晶度增加,在接枝物添加量为7%时,结晶度达最大,为39.19%;通过热重分析发现,未添加接枝物的共混物呈现明显的两相失重,加入接枝物后,随着接枝物含量的增加失重曲线呈规律性变化,在接枝物添加量为10%时,共混物呈现均相的失重特点,同时其扫描电镜图也发现淀粉的分布更均匀。 以溶胀法合成的接枝百分比为200%的接枝物作为聚乳酸/淀粉共混体系的相容剂,采用熔融共混法制备共混物。力学测试发现淀粉的加入使共混体系性能降低,共混体系中接枝物含量不超过3.3%时,共混物的拉伸强度和冲击强度等性能均提高。通过扫描电镜观察,发现未添加接枝物的共混物分相明显,添加接枝物相容剂后,随着相容剂含量增加,界面逐渐改善。 用DMSO作为淀粉塑化剂,采用熔融共混法制备了聚乳酸/DMSO塑化淀粉共混物,实验发现,DMSO添加量较少时(如1.7%,3.3%),与未加DMSO的共混材料相比,拉伸强度,冲击强度提高,弯曲强度和弹性模量降低;DMSO含量继续增加,虽拉伸强度下降,但冲击强度继续上升,弹性模量和弯曲强度随着DMSO含量增加继续降低,共混物脆性得到明显改善。 聚乳酸/淀粉共混体系中,淀粉的加入可提高聚乳酸的结晶度。加入3%DMSO可使共混物中聚乳酸的结晶温度和熔融温度明显降低,结晶度提高;TG实验发现聚乳酸/淀粉共混体系呈明显两相失重,加入DMSO后,共混体系的失重曲线逐渐过渡为均相失重。扫描电镜图发现聚乳酸/淀粉共混物相分离明显,共混体系中加入DMSO,随DMSO含量增加,共混物中淀粉的形态也逐渐变化,依次出现表面塑化,破裂,中间空穴逐渐增大,最终被全部塑化,颗粒完全破坏等特征。 将聚乳酸/淀粉/淀粉接枝聚乳酸和聚乳酸/DMSO增塑淀粉的性能进行对比,发现后者具有更好的力学性能。 淀粉接枝聚乳酸共聚物的增容机理主要是其在共混过程向界面迁移,在聚乳酸和淀粉的界面处形成过渡层,从而加强界面粘结,相当于悬浮聚合中分散剂的作用;而DMSO则是通过逐渐破坏淀粉的颗粒结构和结晶结构,使淀粉沿内部的孔洞逐渐破裂,最终使淀粉的颗粒完全破坏,淀粉能够更均匀的分布在聚乳酸基体。……