聚乳酸增韌改性研究進展

雷雨潼 湯國權 徐凱倫

【摘?要】隨著人們對環境保護、節約能源的認識，生物可降解聚合物—聚乳酸逐漸成為研究的對象。聚乳酸具有很大的脆性，這一點嚴重限制了其廣泛應用。本文重點論述了目前聚乳酸主要的增韌方法，包括添加增塑劑、共聚改性、共混改性。

【關鍵詞】聚乳酸;增韌改性;生物可降解聚合物

傳統石油基塑料由于共價鍵結合難以降解而導致“白色污染”。隨著人們對環保和可持續發展理念的認識，生物可降解材料逐漸受到重視。聚乳酸（PLA）由于原料來源于植物，并且具有完全生物降解性而被廣泛研究。PLA是乳酸或丙交酯縮合而成的脂肪族聚酯。PLA在包裝材料和生物醫用工程中應用廣泛。但聚乳酸是脆性材料，斷裂伸長率極低，這個缺陷限制了PLA更廣泛的發展。目前，PLA的增韌研究方法較多，下面介紹幾種效果較好的方。

1.添加增塑劑

增塑劑是具有高沸點和低揮發性的物質，按分子量大小分為單體型和聚合型。單體型增塑劑有：甘油、二羥甲基丙二酸酯、檸檬酸鹽、葡萄糖單酯、山梨糖醇等。聚合型增塑劑有：聚乙二醇（PEG）、聚（3-羥基丁酸酯）（P3HB）、聚丙二醇（PPG）、聚二乙烯己二酸酯（PDA）等[1]。PLA的增塑劑要與PLA具有很好的相容性，而相容性與增塑劑的分子量有關。增塑劑可以與PLA的非晶區相容，以此增加PLA分子鏈段的活動能力，降低玻璃化溫度和結晶度，最終達到增韌的目的。而增塑劑的用量也影響了PLA的力學性能。PLA的韌性隨著增塑劑含量的增加而增大，而超量的增塑劑會導致其與PLA相分離[2]。

2. 共聚增韌

共聚增韌主要通過乳酸與其他單體開環共聚改變PLA分子鏈序列或組成，進而改善其柔韌性。共聚又分為無規共聚、嵌段共聚、接枝共聚和交聯共聚。最常見的共聚體系是聚ε-己內酯（PCL）/PLA體系。其ε-CL和L-LA的比例是共聚體的機械性能和熱性能最大的影響因素。乙烯基十三烷二酸酯（EB）可以作為單體與丙交酯共聚，共聚物具有450 °C的分解溫度和更高的延展性[3]。另外，PDLA-b-PBS-b-PDLA嵌段共聚物、聚氨酯（PU）、PLLA-b-PBS-b-PLLA多嵌段共聚物都被報道過可以增韌PLA。

3. 共混增韌

PLA與柔性鏈段聚合物共混可以增韌PLA。但大部分聚合物不能與PLA形成完全形容的共混物，而是形成具有相界面的部分相容體系。例如PLA/PHB共混物延伸率提高了4倍，抗沖擊性增加到120 kJ/m2。PLA/PCL共混物具有更高的韌性和斷裂強度。相PLA/PCL共混物中加入PCL-b-PEG嵌段共聚提高相容性，也提高了材料的韌性。以甲基丙烯酸縮水甘油酯作為增容劑制備的PLA/PBAT共混物，共混物的沖擊強度隨著PBAT質量含量的增加而增大。而甲基丙烯酸縮水甘油酯的加入不僅提高了共混物的沖擊強度，而且保持拉伸強度不變。將PLA、PEBA彈性體以及EMA-GMA嵌段共聚物混合進行熔融共混可以制備超韌性的PLA共混物。PLA/EMA-GMA/PEBA的含量為70wt/20wt/10wt時，共混物的沖擊強度可以達到500J/m。這是因為EMA-GMA和PEBA共同形成分散相，在PLA基體中形成“多層堆疊結構”[4]。

4. 總結

作為傳統石油基塑料最有潛力的替代材料，PLA的延展性迫切需要改善。因為PLA不具有活潑的側基，因此改性比較困難。目前增塑劑改性、共聚改性、共混改性等方法都取得了較為明顯處效果，但離PLA成為通用塑料來徹底取代石油基聚合物還有很大的距離。我們需要繼續努力探索PLA增韌改性的機理和方法。

參考文獻：

[1]李曉梅，周威，王丹，蔣濤. 增塑劑對聚乳酸性能影響的研究[J]. 現代塑料加工應用，2008，20.

[2]Li H，Huneault M A. Effect of nucleation and plasticization on the crystallization of poly（lactic acid）[J]. Polymer，2007，48.

[3]Fernandez J，Montero M，Etxeberria A，Sarasua J-R. Ethylene brassylate：Searching for new comonomers that enhance the ductility and biodegradability of polylactides[J]. Polymer Degradation and Stability，2017，137.

[4]Zhang K，Nagarajan V，Misra M，Mohanty A K. Supertoughened renewable PLA reactive multiphase blends system：Phase morphology and performance[J]. Acs Applied Materials & Interfaces，2014，6（15）.

（作者單位：吉林建筑大學）