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文档简介
Thermo-mechanicalcharacterizationofplasticizedPLA:
Isthemiscibilitytheonlysignificantfactor?Polymer47(2006)4676–4682增塑PLA的热机械性能:miscibility是唯一重要因素吗?IntroductionMaterialsandmethodsResultsanddiscussionConclusionAbstractPLAisawidelyusedpolymerwhichhasreceivedmuchattentioninthelastdecadebecauseofitsoriginatingfromrenewableresourcesanditspotentialbiodegradability.PLAfulfilsthepackagingindustry’srequirementsformostoftherigidobjectsbutthepolymerneedstobeplasticizedtobeusedassoftfilms.Inthiswork,agreedplasticizersforfoodcontactweremeltmixedwithL-PLAandthen,theglasstransition,melting,crystallizationandmechanicalpropertiesoftheblendswereinvestigated.TheexperimentalresultswerecomparedtothepredictedresultsfoundthroughempiricalinteractionparametersandFoxequations.Molecularscalemiscibilityisassumedintheamorphousphasewhatevertheplasticizer.ThemobilitygainedbythePLAchainsintheplasticizedblendsyieldscrystallization,whichisthedrivingforceforvariousscalephaseseparations.1.Introduction
ResearchinbiodegradablepolymersInterestingpropertiesandfaultsofPLAPlasticizingofPLA:necessaryandcommonplasticizersNewresearchaboutplasticizersofPLA1.1ResearchinbiodegradablepolymersIncreasedattentioninrecentyears:wideapplicationinenvironmentalfriendlypackaging.Popularandbiodegradablepolymers:PLA(聚乳酸),PCL(聚已内酯),PBAT(己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物)andPHB(聚羟基丁酸酯).1.2InterestingpropertiesandfaultsofPLA
InterestingpropertiesofPLA:biodegradability,goodmechanicalproperties,andprocessabilityandsoon.FaultsofPLA:lowdeformationatbreakandhighmodulus.LimitedrigidthermoformedpackagingindustryofPLABiodegradablepackagingmaterials1.3PlasticizingofPLA
--commonplasticizersfoodcontactagreedplasticizersorpolymers:poly(hydroxybutyrate)--聚羟基丁酸酯poly(vinylacetate)--聚醋酸乙烯poly(ethyleneoxide)--聚环氧乙烷
polysaccharides--多糖poly(ethyleneglycol)--聚乙二醇citrate--柠檬酸1.4NewresearchaboutplasticizersofPLA
YounesandCohn:microphaseseparationoccursatagivencompositiondependingonthemolecularweightofPEG(1500and35,000g/mol).Huetal.:theglasstransitiontemperatureofPLA–PEG(8000g/mol)followedtheempiricalFoxequationbuttheblendswerenotstableintimeandphaseseparationwasobserved.Nijenhuisetal.:thepoorlong-termstabilityofblendsbetweenPLAandPEGwasduetoslowcrystallizationofPEG.Others:fattyacidesterisagoodplasticizerwithastronghindranceofthecrystallinephasedevelopment.2.Materialsandmethods
2.2BlendingconditionsMachine:Anopenedmixer(Brabender,50EHT)controlledbyalab-StationdrivenbytheBRABENDERSoftwareWinmix.Conditions:Blendingtemperaturewas180℃andblendingtime15minandbladerotationspeedwas30rpm.Sample:20*20*0.8cm32.3.DifferentialscanningcalorimeterMachine:
Perkin–ElmerPyrisDSC;PyrisV3.0softwareunderWindowsNT4.0fordatacollection.Calibration:
IndiumandTin;temperaturerange[+15to+350℃].Pretreatment:
Heatedto200℃for5min.Precision:
±0.5℃.2.4.MechanicalmeasurementsMachine:
MTSSynergieRT1000Loadingspeed:
1mm/minforpurePLAand10mm/minforplasticizedPLA.
3.1
Solubilityparametercalculation
溶度参数的计算
3.2Thermalanalysisofmiscibility
热分析
3.3Mechanicalproperties
机械性能3.1Solubilityparametercalculation溶解度参数的计算
为了估计两种分子的兼容性,有几种方法可以用于计算溶度参数,本文采用Hoy法计算参数δ。溶度参数的确定基于平均分子量。
Interactionparameter(相互作用参数)χ由等式(1)计算得到:(1)B是一个0.3~0.4的常数,符合entropiccomponent,通常非极性体系采用0.34熵?Table2
SolubilityparameterδandinteractionparameterχbetweenPLAandplasticizers(增塑剂)InTable2,δwascalculatedforPLAandplasticizers.Interactionparameterχ
wasobtainedusingEq.(1),withoutentropiccomponentbecauseofthelargepolarity(极性)ofthecomponentused.χ<0.5Miscible;NophaseseparationFig.1.ThermogramsofPLA/plasticizers90/10(w/w)heatedat20℃min-1aftercoolingat20℃min-1Table3
GlasstransitiontemperatureofpurecomponentsandofblendsbetweenPLAandplasticizersFoxequation:Tg——混合体系玻璃化转变温度Tg1,Tg2——组分的玻璃化转变温度w1,w2——组分的质量分数(2)(d)AGM/PLA;(e)DBS/PLA;(f)PBOH/PLATheotherplasticizersdeviatemoreseverelyfromtheFoxrelationandyieldhigherinteractionparametersaswell.However,eventhoughtheseblendsdonotleadtototalmolecularscalemiscibilitybetweenPLAandplasticizers,theycanoffersatisfyingcompatibilityaswillbeassessedbytensiletests.Table5CrystallizationtemperaturesofpurecomponentsandofPLA/plasticizerblendsduringheatingatarateof20℃min-13.3.MechanicalpropertiesTable6
Tensilemodulus(MPa)ofpurePLAandplasticizedPLATable7
Strainatbreak(%)ofpurePLAandplasticizedPLATable8
Stressatbreak(MPa)ofpurePLAandplasticizedPLAFig.3.Tensilemodulusvsglasstransitiontemperatureofplasticizers/PLAblends.4.ConclusionPlasticizersblendedwithPLAloweredtheglasstransitiontemperatureandmodi
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