热塑性淀粉共混材料性能的影响.pdf

1 0 4 塑料工业 CHI NA PLAS TI CS I NDUS TRY 第 4 2卷第 6期 2 0 1 4年 6月 P L A 。 g 。 S T对聚乳酸 热塑性淀粉共混 材料性能的影响 杨静泽 ，胡珊 ( 1 中国地质大学材料与化学学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ；2 ，张俊 深圳市 富恒 塑胶新材料有 限公 司 ，广东 深圳 5 1 8 1 0 5 ) 摘要：以淀粉和乳酸为原料合成相容剂 聚乳酸接枝淀粉 ( P L A g S T) ，并通过熔融共混的方法制备聚乳酸 ( P L A) 热塑性淀粉 ( F P T P S )共混材料。研究了 P L A g S T用量对 P L A F P T P S共混材料力学性能 、微观形貌和热性能 的影响。结果表明，P L A g S T改善了 P L A F P T P S共混材料的相容性；当 P L A g - S T用量为 7 时，拉伸强度为 l 9 7 MP a ，比未添加 P L A g S T的共混材料提高了 2 0 9 ，断裂伸长率为 6 2 1 ，比未添加 P L A g S T的共混材料提高了 1 6 7 ，冲击强度为7 6 k J m ，比未添加 P L A g - S T的共混材料提高了 l 1 8 ；当P L A 。 g S T用量为9 时，弯曲强度 为 l 9 2 M P a ，比未添加 P L A g S T的共 昆 材料提高 了 6 6 。 关键词 ：聚乳酸 ；热塑性淀粉 ；聚乳酸接枝淀粉 ；共混材料 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 55 7 7 0 2 0 1 4 0 6 0 2 6 中图分类号 ：T Q 3 2 3 4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 5 5 7 7 0 ( 2 0 1 4 )0 6 0 1 0 4 0 4 Effe c t o f PLA- g 。 ST o n Pr o p e r t i e s o f PLATh e r mo pl a s t i c S t a r c h Bl e n ds YANG J i n g - z e ，HU S h a n ，Z HANG J u n ( 1 F a c u l t y o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d C h e m i s t ，C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ，Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ； 2 S h e n z h e n F u h e n g N e w P l a s t i c Ma t e r i a l s C o ，L t d ，S h e n z h e n 5 1 8 1 0 5 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：P o l y l a c t i c a c i d ( P L A) t h e r m o p l a s t i c s t a r c h ( F P S )b l e n d s w e r e p r e p a r e d b y me l t mi x i n g w i t h t h e c o mp a t i b i l i z e r( P L A 。 g 。 S T) w h i c h w a s ma d e o f s t a r c h a n d l a c t i c a c i d T h e e f f e c t s o f P L A g 。 S T a d d i t i o n o n me c ha n i c a l p r o p e r t i e s t h e r ma l p r o p e rti e s a n d mi c r o s t r u c t u r e o f PL AF PTP S b l e n ds we r e i n v e s t i g a t e d Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e PL A g S T i mp r o v e d t h e c o mp a t a bi l i t y o f PLAFP TPS b l e n d s W h e n t h e c o n t e n t o f PL A g 。 S T wa s 7 t h e t e n s i l e s t r e n g t h wa s 1 9 7 MPa a n d 2 0 9 h i g he r t h a n t h a t o f t h e b l e n d wi t h o u t P LA g 。 S T t he e l o n g a t i o n a t br e a k wa s 62 1 a n d 1 6 7 hi g h e r t h a n t h a t o f t h e b l e n d wi t ho u t PL A。 g 。 S T，t h e i mp a c t s t r e n g t h w a s 7 6 k J m a n d 1 1 8 h i g h e r t h a n t h a t o f t h e b l e n d wi t h o u t P L A。 g S T Wh e n t h e c o n t e n t o f PL A g S T wa s 9 t he fle x u r a l s t r e n g t h wa s 1 9 2 MPa a nd 6 6 h i g h e r t h a n t h a t o f t he b l e n d wi t h o u t PL A g S T Ke y wor ds ： Po l y l a c t i c Ac i d； Th e r mo p l a s t i c S t a r c h； PLA g 。 S T； Bl e n d s Ma t e r i a l 目前 ，可降解 塑料的开发 已成为全球瞩 目的研究 热点 。可降解塑料 中聚乳酸 ( P L A)因其物理性 能 、机械性能 良好 、易于加工等优点，已成为应用最 多的生物降解高分子材料。但聚乳酸存在价格高 、脆 性大 、降解速 度慢等不足 I 4 J 。天然淀粉是 一种优 异的可再生完全可降解高分子材料 ，经改性后可得到 热塑性淀粉。热塑性淀粉因其价格低廉，降解速度 快 ，可部分替代不可降解塑料在食品 、日用品领域的 应用。但热塑性淀粉材料力学性能差等不足极大地限 制了其使用范围 J 。将热 塑性淀粉与 聚乳酸共混 复 合可降低聚乳酸的成本 ，改善了聚乳酸的韧性及降解 性 。但热塑性淀粉是多 羟基的聚合物 ，为亲水性 物 质，而聚乳酸为亲油性物质 ，二者相容性差。为改善 聚乳酸 热塑性淀粉共混体系 的相容性 ，国内外学者 将热塑性 淀粉 或聚乳酸 卜 进行接枝 ，但加工 繁 琐 ，增容效果不 明显。 为克服聚乳酸 热塑性淀粉体系相容性差的缺点， 本文以淀粉与乳酸为原料制备增容剂 P L A g S T ，通 联 系人 h u s h a n 3 2 0 s i n a c o n l 作者简介：杨静泽，女，1 9 8 9年生 ，硕士研究生，主要研究方向是高分子材料加工与应用。 z 0 8 0 3 2 1 2 8 1 2 6 c o i n 第 4 2卷第 6期 杨静泽 ，等：P L A g 。 S T对聚乳酸 热塑性淀粉共混材料性能的影响 过熔融共混 的方法制备了聚乳酸 热塑性淀粉共混材 料 ，并对 P L A g 。 S T用量对聚乳 酸 ( P L A) 热塑性 淀 粉 ( F P T P S )共混材料力学性能 、微观形貌和热性能 的影响进行 了研究 。 l 实验部分 1 1 原 材料 聚乳酸 ：工业级 ，深圳易生新材料有限公司；淀 粉 ：食品级 ，武 汉劲宝食 品有 限公 司；乳 酸：分析 纯 ，国药集团上海试剂厂 ；辛酸亚锡 ：分析纯 ，国药 集 团上海试剂厂 ；丙酮、甲醇 ：分析纯 ，天津凯通化 学试剂厂。 1 2 仪器与设备 智能恒温磁力搅拌器 ：WS J B - 0 4型 ，河南 中良科 学仪器有限公 司；循 环水真空泵 ：S H Z - 1 1型 ，上海 亚荣生化仪器厂；恒 温恒湿箱 ：S HB Y - 4 0 B型 ，苏州 三思仪器有 限公 司；双螺杆挤 出机 ：S H J 一 2 0型 ，南 京杰恩特机电有限公司 ；全 自动注射机 ：T Y 。 2 0 0型 ， 杭州大禹机械公 司；高速混合机 ：S H R 。 1 0 A型 ，张 家港 市 轻 工 机 械 厂 ；微 机 控 制 电子 万 能 试 验 机 ： WD W。 2 0型，美 特斯工 业 系统 ( 中 国)有 限公 司 ； 冲击试验机 ：X J U 2 2型 ，承 德试验机 厂；综合热分 析仪 ：S T A - 4 4 9 C型，德国 N E T Z S C H公司 ；扫描 电子 显微镜 ( S E M) ：J S M- 6 3 9 0 L V型， 日本 J E O L ；傅里 叶 红 外 光 谱 仪 ：V E R T E X 0 型，德 国 B R U K E R 公 司 。 1 3 样品的制备 1 3 1 P L A 。 g 。 S T的制备 将淀粉与乳酸按配 ID l 入三 口烧瓶 中，在 8 5 下搅拌 1 0 h ，再将反应压力降至 0 1 MP a ，加入一定 量的辛酸亚锡 ，在 1 0 0 o C下反应 2 4 h ；将反应产物用 丙酮浸洗 、干燥 、甲醇溶解 ，再用丙酮沉淀 、干燥 ， 重复溶解、沉淀、干燥过程数次即可得到 P L A g S T 共聚物 。 1 3 2 P L A F P T P S 共混材料的制备 将聚乳 酸、自制热塑性淀粉 、增 塑剂 与 P L A g s T按预定配 比称量 ，在 高速混合 机上混合 均匀 ，混 合料经双螺杆挤出机挤 出、造粒 ，在注塑机上注塑成 标准试样 。 1 4 性能测试 拉伸强度按 G B T 1 0 4 0 2 2 0 0 6测试。 弯曲强度按 G B T 9 3 4 1 2 0 0 8测试 。 冲击强度按 G B T 1 8 4 3 -2 0 0 8测试 。 试样的微观形貌用 S E M观察。 热分析在 4 05 0 0 的范围之 内测试 ，氮气气 氛 ，升温速度为 1 0 mi n 。 红外测试 ：用 K B r 压 片 ，在室温 下用傅立叶红 外光谱仪测试。 2 结果与讨论 2 1 P L A。 g 。 S T的红外分析 图 1 为原淀粉和 P L A - g 。 S T接枝共 聚物 的红外图 谱。由图可以看出，同原淀粉 ( a ) 曲线相 比，接枝 共聚物 ( b )曲线在 1 7 4 5 c m 和 2 9 9 0 a m 处分别 出现 P L A羰基和 甲基 的特征吸收峰 ，表明淀粉与乳 酸发生 了原 位 聚合反 应 ，得 到 了 P L A 。 g S T接枝 共 聚物。 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 l 5 0 0 1 0 0 0 波 数 c m 图 1 原淀粉 ( a )与 P L A g S T接枝共聚物 ( b )的红外图谱 F i g 1 T h e F T。 I R s p e c t r u ms o f s t a r c h ( a ) a n d P L A g S T g r a f t c o p o l y m e r( b ) 2 2 力学性能的影响 表 1 P I A g 。 S T对 P L A F P T P S共混材料力学性能 的影响 T a b 1 E f f e c t o f P L A g S T o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f PLAFPTP b l e nd s l 6 3 l 6 3 l 7 6 l 8 3 1 9 7 1 9 2 53 2 5 3 5 5 7 2 6 O 2 62 1 6l ， 2 l 8 1 l 8 3 1 8 6 1 8 7 1 8 9 l 9 3 6 8 6 9 7 1 7 3 7 6 7 3 表 1为 P L A g 。 S T用量对 P L A F P T P S共混材料力 学性能 的影响。由表 1可 以看 出，P L A 。 g S T的加入 改善了共混材料 的力学性能。P L A F P T P S共混 材料 的拉伸强度 、断裂伸长率 、冲击强度随 P L A g S T用 量的增加先增加后 降低 ，当 P L A g S T用量为 7 时 ， 共混材料的拉伸强度 为 1 9 7 MP a ，比未添加 P L A g 。 s T 的 共 混 材 料 提 高 了 2 0 9 ；断 裂 伸 长 率 为 6 2 1 ，比未 添 加 P L A g - S T 的共混 材 料 提 高 了 1 6 7 ；冲击强度为 7 6 k J m ，比未添加 P L A g S T 的共混材料提高 了 1 1 8 。共混材 料的弯 曲强度随 着 P L A 。 g 。 S T用量的增加而缓慢增加 ，当 P L A g S T用 第 4 2卷第 6期 杨静泽，等 ：P L A 。 g S T对聚乳酸 热塑性淀粉共混材料性能的影响 1 0 7 当 P L A 。 g 。 S T用 量为 9 时，弯 曲强度为 1 9 2 MP a ， 比未添加 P L A 。 g S T的共混材料提高 了6 6 。 3 )P L A 。 g 。 S T改善 了 P L A F P T P s共混 材料 中热 塑性淀粉与 聚乳酸 的相容性 ；P L A g 。 S T用量 的增加 使得 P L A F P T P S共混材料分解温度范围变宽。 参考文献 1 韩立钊 ，王同林，姚燕 “ 白色污染”的污染现状及防 治对策研究 J 中国人 口 资源与 环境 ，2 0 1 0 ( S 1 ) ： 40 2 40 4 2 谢 台，喻芬 ，陈海聚乳酸的研究进展及其应用 J 塑料助剂，2 0 1 1( 4 ) ：1 92 3 3 张乃文新时代的生物质降解材料聚乳酸 ( P L A) J 世界科学，2 0 1 2( 9 ) ：4 9 5 0 4 C H E N C C，C H U E H J Y，T S E N G H，e t a 1 P r e p a r a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f b i o d e g r a d a b l e P L A p o l y me r i c b l e n d s J B i o m a t e r i a l s ，2 0 0 3 ，2 4( 7 ) ：1 1 6 71 1 7 3 5 周鹏，谭英杰 ，梁玉蓉可降解塑料的研究进展 J 山西化工 ，2 0 0 5 ( 1 ) ：2 32 6 6 T U K H，WA N G L Q，WA N G Y B T h e r o l e o f s t a r c h g r a f t e o p o l y me r s i n s t a r c h P L A b l e n d s J P o l y m Ma t e r S c i En g， 2 0 02， 1 8： 1 0 8 1 1 0， 1 1 4 7 方显力，项尚林，缪健，等聚乳酸固相接枝马来酸酐 及与淀粉共 混研究 J 包装 工程，2 0 0 7 ( 1 1 ) ：3 1 3 3 8 L I U J S ，J I A N G H H，C H E N L B G r af t i n g o f g l y c i d y l me t h a c r y l a t e o n t o p o l y ( 1 a c t i d e ) a n d p r o p e r t i e s o f P L A s t a r c h b l e n d s c o m p a t i b i l i z e d b y t h e g r a f t e d c o p o l y me r J J P o l y m E n v i r o n ，2 0 1 2 ，2 0 ( 3 ) ：8 1 08 1 6 ( 修改稿于 2 0 1 4 0 31 3收到) ( 上接第 1 0 3页) 6 皮红 ，陈深情，郭少云强紫外光作用下 P V C 增韧剂体 系结构与性能 的演变 J 高等化学学报，2 0 0 9 ，3 0 ( 5 ) ：1 0 2 91 0 3 4 7 陈晓峰 ，曹大为，雷景新增塑剂对聚氯乙烯紫外光老 化性能影响的研究 J 塑料工业 ，2 0 0 7 ，3 5( 2 ) ：5 7 5 9 8 E N O MO T O S ，A S A H I N A M，S A T O H S S p e c t r o s c o p i c s t u d i e s o f p o l y( v i n y l c h l o r i d e ) a n d i t s d e u t e r a t e d d e r i v a t i v e s J J P o l y m S c i ，P a r t A：P o l y m C h e m，1 9 6 6 ，4 ( 6) ： 1 37 31 3 9 0 9 I S H I A K U U S ，I S H A K Z A M，I S MA I L H，e t a 1 T h e e f f e c t o f d i 一 2 一 e t h y l h e x y l p h t h a l a t e o n t h e t h e r mo o x i d a t i v e a g e i n g o f p o l y( v i n y l c h 1 o r i d e ) e p o x i d i z e d n a t u r a l r u b b e r J P o l y m I n t ，1 9 9 6 ，4 1( 3 ) ：3 2 7 3 6 1 0HA N K E T F J M，C O L L I N W R，C H E N Z Mo l e c u l a r s t ruc t u r a l c h a n g e s o f p l a s t i c i z e d P VC a ft e r UV l i g h t e x p o s u r e J J P h y s C h e m B，2 0 1 3 ，1 1 7 ( 5 0) ：1 6 3 3 6 1 6 3 4 4 1 1 D