乳酸基共聚物/蛭石微晶复合材料的制备和性能研究

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聚乳酸(PLA)是一种可再生的具有优良生物相容性和生物可降解性的脂肪族聚酯类高分子,有望成为不可再生石油基聚合物的替代品,但是聚乳酸的有些性能限制了其作为工程塑料的应用,包括耐热性、结晶性能等。因此对聚乳酸进行改性以提高其结晶性能、耐热性和力学性能一直是一个重要的研究课题。聚乳酸与层状硅酸盐复合所得到的聚乳酸/层状硅酸盐(PLA/LS)复合材料比纯聚乳酸具有更好的热稳定性、生物降解性和结晶性等,近年来对聚乳酸/层状硅酸盐复合材料的研究已成为热点。
   本文首先用有机阳离子季铵盐对蛭石进行插层剥分,制得剥分蛭石,然后用硅烷偶联剂改性剥分蛭石,使剥分蛭石表面带有反应性胺基,最后采用原位熔融缩聚法,通过单片层蛭石表面胺基与乳酸基共聚物端羧基的反应,制得以共价键结合的乳酸基共聚物/蛭石微晶复合材料。对蛭石的剥分程度和剥分蛭石的官能化效果以及制得的乳酸基共聚物/蛭石微晶纳米复合材料的结构进行了表征,并对其热性能、结晶性及降解性能进行了研究。
   研究结果表明:所制备的蛭石微晶为剥离型结构,经过硅烷偶联剂改性,蛭石片层接上了反应性基团(氨基),成功得到氨基改性蛭石。氨基改性蛭石与乳酸单体、环氧树脂通过原位聚合得到了以共价键结合的乳酸基共聚物/蛭石微晶复合材料,聚乳酸链段在官能化蛭石表面的接枝效率达到了47.5%,官能化蛭石在乳酸基共聚物基体中分散性良好,当蛭石含量较少(≤1%)时,官能化蛭石的加入对复合材料分子量的增长基本无不利影响,当蛭石含量达到2%时,制得复合材料的分子量明显降低。相对于乳酸基共聚物,复合材料的热稳定性得到提高。同时氨基改性蛭石微晶在乳酸基共聚物基体中起到晶核的作用,能够提高乳酸基共聚物基体的结晶速度和结晶度。在NaOH介质中的降解结果表明,乳酸基共聚物的降解性能相对于纯聚乳酸有所降低,而蛭石微晶的加入,又使得乳酸基共聚物的降解性能得到提高。
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