可生物降解聚乳酸复合材料

可生物降解聚乳酸复合材料BiodegradablePolylacticAcidCompositeMaterials2003年1月1日起，欧盟已明令禁止发泡塑料聚苯乙烯作为包装材料进入欧盟各国。韩国从2003年6月30日开始禁止使用一次性PP、PE塑料购物袋和一次性PP、PE、EPS塑料餐具等制品。环境友好塑料（生物可降解塑料）的市场发展现状和前景（EnvironmentallyDegradablePlastics，EDP）北美、加拿大EDP塑料制品销售量PLA降解循环比澳格(南京)环保材料有限公司深圳市易生新材料有限公司70%降解塑料制品骨固定材料及组织修复药物控制释放材料优质生态纤维制品国内PLA消费市场预测国内PLA产业现状和技术水平资源优势：众多企业参与，产业化进展顺利面临问题：售价仍较石油基塑料高PLA性能缺点：抗热性差，耐冲击低低端食品包装电子、汽车、建筑等领域作为耐久性工程塑料的应用高性能PLA复合材料性能改善聚乳酸的增强改性

玻璃纤维增强

项目标准PLAPLA/GF(60/40)性能提高率(%)拉伸强度MPa弯曲强度MPa弯曲模量MPaIzod缺口冲击强度kJ/m2热变形温度oCASTMD638ASTMD790ASTMD790ASTMD256ASTMD648661073490558108180108702616763.668.2211.5420.0187.9表1.40%玻璃纤维增强PLA力学性能比较[1]1.Kitano,K.(SumitomoChemicalCo.),JP2005336220,2005.注：原料PLA为日本钟纺合纤株式会社的LactoneTM100，GF是单纤直径为16mm的长玻璃纤维。天然植物纤维增强

分类举例秸秆纤维玉米秸、麦秸、稻草非木纤维韧皮洋麻、亚麻、黄麻、大麻、苎麻叶剑麻、赫纳昆叶纤维（Henequen）、蕉麻种子/果棉花、椰子壳纤维木纤维软木、硬木表2.增强天然纤维分类天然植物纤维相对玻璃纤维的优势1.

生态保护性能（生长期短，对环境要求不高，能量消耗少，对二氧化碳有强吸收能力）。2.可替代人造材料，节约有限石油资源。3.填埋后可生物降解，再生循环利用。从可持续发展和环境保护理念出发，天然植物纤维增强可生物降解高分子从而制备生物复合材料具有相当的前景。表3.洋麻纤维改性PLA与玻纤改性ABS性能比较项目PLA/kenafABS/GF纤维添加量（质量份数%）热变形温度（oC）弯曲模量（GPa）弯曲强度（MPa）缺口冲击强度（kJ/m2）0664.51324.410725.41113.8151076.31103.2201207.6933.1086231104.6洋麻纤维增强PLA具有优异的耐热性、刚性和成型加工性，是高性能复合材料。2006年3月，NEC公司与UNITIKA公司再度联合推出了可用于制造手机外壳的PLA/kenaf复合材料。NTTDoCoMo已将这种新型环保材料用于其新款手机——FOMATMN701iECO的外壳机身制造，并于3月10日在日本市场推出了该款手机。NEC公司和UNITIKA公司已经联合将利用上面的改性技术得到的洋麻纤维改性PLA复合材料实现商品化。这种近乎100%由植物成分组成的复合材料于2004年9月开始在NEC的手提电脑部件上使用。聚乳酸的增韧改性PLA的强度和刚性好，但柔软性和冲击性能差，常温下是一种硬而脆的材料。聚氨酯弹性体（TPU）增韧聚氨酯弹性体（TPU）是一种主链上含有较多氨基甲酸酯基团的高分子材料，具有优异的力学韧性、良好的耐磨性及生物相容性[2]。研究表明[3]TPU的加入可以显著提高PLA的力学性能：加入质量分数为20%的TPU即可使其断裂伸长率达350%，缺口冲击强度达25kJ/m2，并保持较高的拉伸强度。2.燕晓飞，邱桂学，热塑性聚氨酯与聚烯烃共混改性研究，塑料科技，2008，36，94-98。3.冯飞，叶林，聚乳酸/聚氨酯弹性体共混复合材料结构与性能研究，塑料工业，2009，37，12-15。乙烯/辛烯共聚物（POE）增韧优异的物理、力学性能（高弹性、高强度和高伸长率）良好的低温性能优异的耐热老化性能和抗紫外线性能。与其他弹性体相比，POE更具有分散性、耐候性好透明度高韧性、塑性好价格低等优点。聚乳酸的耐热改性表4.PLA用结晶成核剂种类名称单体石墨金属氧化物二氧化硅黏土类滑石（水合硅酸镁）、高岭土、黏土、云母、蒙脱土无机盐类乳酸型（乳酸钙）、碱性无机铝化合物（Al(OH)3、Al2O3、碳酸铝、水滑石化合物）、BaSO4、硅酸盐化合物（Na、Al）、GF、贝壳粉有机酸类山梨糖醇化合物、金属磷酸盐、安息香酸盐（Na、K、Ca）、芳香族和脂肪族酰胺化合物、苯甲酸盐高分子物质聚羟基己酸及其衍生物、聚乙醇酸（衍生物）、碳纤维、有机纤维、木粉、竹粉、对苯二甲酸和间苯二酚构成的聚酯细粉末聚乳酸/淀粉复合材料淀粉为天然高分子，价格便宜，来源丰富且与塑料掺混能提升生物分解性，近年来成为生物可降解性材料的研究重点。难点：淀粉颗粒与PLA聚合体间的界面引力太弱，在淀粉添加较多时其机械性能不佳。因此，对PLA/淀粉共混物的研究主要在寻找合适的相容剂或交联剂以增加淀粉与聚乳酸间的相容性。

玻璃纤维增强PLA复合材料

通过玻璃纤维增强聚乳酸，并添加一定量的无机填料（蒙脱土、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉或云母等中的至少一种）以降低制品的翘曲性和提高制品的刚性。通过PLA与ABS或者PC共混，加上玻纤和成核剂以制备PLA合金材料（SamsungCheilIndustries公司在2008年SAE汽车复合材料大会上发布了这一PLA合金技术，并且在2006年已有三款手机外壳使用了这种PLA合金来成型）。洋麻（kenaf）纤维增强、增韧PLA复合材料研究不同比例和不同长度洋麻纤维对PLA各项性能的增强作用，以选择条件制备具有优异耐热性、刚性和成型加工性的PLA/kenaf高性能复合材料。对能够提高二者界面黏合力的增韧剂进行探索，以改善PLA/kenaf复合材料的冲击强度。经以韧皮纤维为主的麻纤维增强的PLA复合材料在代替玻纤复合材料时具有很大的潜力，可在建筑行业如建筑构架和屋顶等，汽车行业如轿车的门板、车厢内衬板、行李厢、顶棚、座椅背板、衣帽架、仪表盘、发动机罩和变速箱盖等部件得到应用。在今后的市场中，天然植物纤维复合材料在汽车、电子电器、建材工业等领域具有更为广阔的应用前景。应用潜力：PLA/玉米淀粉共混复合材料

PLA/淀粉共混物的研究重点在于寻找合适的反应型及非反应型增容剂第三组分以有效提高二者之间的界面结合力。选用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、聚己内酯（PCL）、聚乙烯醇（PVOH）、增塑剂（柠檬酸酯类、醋酸甘油酯、低聚聚乳酸、低聚聚乙二醇、丙三醇）等作为第三组分，研究单组分及多组分复合助剂对PLA/玉米淀粉共混物性能的作用，以期在加强PLA/玉米淀粉相容性的同时，提升共混物的机械强度并且改善PLA的脆性。在降低产品成本的同时，提高产品性能以满足不同应用需求。增韧PLA复合材料

研究聚氨酯弹性体（TPU）及POE对聚乳酸的增韧改性作用：考察不同比例增韧剂对复合材料性能的影响。采用马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）为增容剂提高PLA/POE相容性以提高材料性能。增韧PLA复合材料的优势：经增韧得到的机械性能及物理性能良好的聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。可用于加工各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等。应用潜力：同时，由于聚乳酸相容性与可降解性良好，其在医药领域应用也非常广泛：可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。PLA复合材料薄膜

PLA是刚性的，因此很难吹塑成膜。可以通过将PLA与韧性聚合物或增塑剂的共混技术，提高PLA柔韧性，从而使其适合吹膜加工。优势：与聚氯乙烯相比，成型下垂相对较小。因此得到的模塑制品具有很高的透明度，并且可以得到很好的尺寸精度。通过拉伸，改变取向度和结晶度，有可能提高膜或片状物的抗冲击性和耐热性，达到与取向性聚丙烯或PET相同的强度和硬度水平，同时保持其高透明度。PLA薄膜主要应用于要求双向强度的各种包装袋以及农用或建筑用薄膜等领域。PLA发泡材料

表5.PLA发泡体的基本物性发泡体种类密度g/cm3拉伸强度kgf/cm2弯曲强度kgf/cm2弹性模量kgf/cm2压缩应力kgf/cm25%10%25%50%PLAEPSEPEEPP0.0260.0250.0340.0272.73.13.04.13.62.9—1.412677—271.71.50.40.61.91.80.70.72.32.30.90.73.33.11.61.3注：1.EPE和EPP分别代表粒珠法发泡的PE和PP软质发泡材料；2.发泡率低，强度高、质硬