PLA/PVA復(fù)合材料的制備與性能

崔鋒鋒

(上海艾郎風(fēng)電科技發(fā)展(集團(tuán))有限公司 技術(shù)部，上海 201301)

由于塑料材質(zhì)較輕、防水、耐腐蝕、強(qiáng)度高等良好的綜合性能而得到廣泛使用，然而隨意丟棄的塑料制品因?yàn)槠錁O小可降解性而帶來的“白色污染”給人們賴以生存環(huán)境極大破壞[1]。研究塑料共混物時(shí)在其中添加有機(jī)的小分子使其形成增強(qiáng)的復(fù)合材料，在其生產(chǎn)工藝與加工技術(shù)以及產(chǎn)品性能改進(jìn)和系列化、功能化方面都取得了不錯(cuò)的進(jìn)展[2]。

聚乳酸(PLA)由于具有良好的生物相容性和獨(dú)特的可生物降解性能，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是應(yīng)用前景廣闊的生態(tài)環(huán)保材料。但其價(jià)格昂貴，因而目前國(guó)內(nèi)PLA主要用于醫(yī)用材料領(lǐng)域。而在醫(yī)用領(lǐng)域，合成較為復(fù)雜的、效果較好的藥物制劑以及合成可降解基因轉(zhuǎn)移載體材料是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[3]。其次，PLA的性脆、韌性和耐熱性差的缺點(diǎn)很大程度上地限制了PLA產(chǎn)品的應(yīng)用，所以必須對(duì)它進(jìn)行增韌改性[4]。

為了克服PLA以上缺點(diǎn)，本研究擬用熱塑性PVA對(duì)PLA進(jìn)行增韌改性來制備PLA/PVA復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能、加工流動(dòng)性及微觀形貌進(jìn)行研究。熱塑性PVA本身具有很好的韌性，并且原料易得，用其對(duì)PLA進(jìn)行增韌改性，不僅能改善PLA的柔韌性，還能降低PLA的成本。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器設(shè)備

1.1.1 原料

表1 原料

1.1.2 儀器設(shè)備

表2 儀器設(shè)備

1.2 樣品制備

圖1 技術(shù)路線示意圖

將PLA、熱塑性PVA(原料配比如表3)于高混機(jī)中混合得到預(yù)混物，再把預(yù)混物在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出切粒(工藝路線如圖1)，然后將粒料注塑成型得復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣品。

表3 樣品配方

雙螺桿機(jī)溫度：一區(qū)165℃，二區(qū)170℃，三區(qū)185℃，四區(qū)185℃，五區(qū)185℃，機(jī)頭170℃；注塑機(jī)溫度：一區(qū)185℃，二區(qū)190℃，三區(qū)185℃，四區(qū)185 ℃。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 拉伸性能

按照GB/T100-1992執(zhí)行，溫度為25℃，濕度為50%，拉伸速率為50 mm/min。

1.3.2 樣品沖擊試驗(yàn)

按照GB/T1843-1996執(zhí)行，溫度為25℃，濕度為50%。

1.3.3 樣品熔融指數(shù)測(cè)試

按照GB/T368-2000執(zhí)行，溫度185℃，砝碼重量：5120 g。

1.3.4 樣品SEM樣品表面表征測(cè)試

將沖擊斷面真空噴金后，用SIGMA HD場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行斷面形貌觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 拉伸性能結(jié)果及分析

圖2是樣品拉伸強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率的對(duì)比圖。由圖2可知，隨著PVA含量的增加，樣品的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率呈逐漸下降趨勢(shì)。這可能是PLA與熱塑性PVA的熔點(diǎn)相差大、PLA與熱塑性PVA的相容性不佳的緣故。

圖2 PVA含量對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料拉伸性能的影響

2.2 沖擊性能結(jié)果及分析

圖3是樣品沖擊強(qiáng)度對(duì)比圖。由圖3可知，隨著熱塑性PVA含量的增加，樣品的沖擊強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)熱塑性PVA含量為8份時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度最大，比純PLA提高了近250%。這是因?yàn)楫?dāng)熱塑性PVA含量小于8份時(shí)，其增加了PLA分子間作用力，提高了PLA分子的柔韌性，所以復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度上升；當(dāng)熱塑性PVA含量大于8份后，因其與PLA相容性不加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度反而下降。

圖3 PVA含量對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響

2.3 熔融指數(shù)結(jié)果及分析

圖4是樣品熔融指數(shù)對(duì)比圖。由圖4可知，隨著PVA含量的增加，樣品的熔融指數(shù)先逐漸上升再下降，當(dāng)PVA所占份數(shù)為16時(shí)，熔融指數(shù)最大，即流動(dòng)性最好。這是因?yàn)闊崴苄訮VA含量低于16份時(shí)，其主要起到增大PLA分子間距的作用，所以復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率增加，當(dāng)熱塑性PVA含量大于16份后，可能PLA與PVA分子上的羥基發(fā)生了脫水反應(yīng)，分子間部分交聯(lián)，復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率反而下降。

圖4 PVA含量對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料熔融指數(shù)的影響

2.4 SEM樣品表面表征分析

(a) 1號(hào)樣，(b) 2號(hào)樣，(c) 3號(hào)樣，(d) 4號(hào)樣，(e) 5號(hào)樣，(f) 6號(hào)樣

圖5為樣品沖擊斷面的電鏡照片。由圖5a可知，純PLA的沖擊斷面較平整，這是脆斷所致；由圖5b～f可知，隨著熱塑性PVA含量的增加，樣品沖擊斷面出現(xiàn)的因熱塑性PVA脫落產(chǎn)生的孔越來越多、越來越大，這說明PLA與PVA的相容性不佳。

3 結(jié)論

熱塑性PVA的引入增加了PLA/PVA復(fù)合材料的柔韌性，提高了復(fù)合材料的加工流動(dòng)性，當(dāng)熱塑性PVA含量分別為8份、16份時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度及熔體流動(dòng)速率值最大，比純PLA分別提高了250%、400%。但由于PLA與熱塑性PVA的相容性不佳，導(dǎo)致PLA/PVA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率下降。