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聚乳酸PLA弹性差、脆性大，有5种物理改性方法

TK生物基材料 2022-04-23

The following article is from 生物降解材料研究院 Author 小将

一 、PLA的优劣势聚乳酸全名为 Poly Lactic Acid (PLA)，又名聚丙交酯（Polylactide），由含糖、淀粉、纤维素等生物质材料为原料，经发酵制成乳酸，再由乳酸聚合制成聚乳酸高分子材料而成。因为PLA 具有良好的生物相容性、可降解性和来源于生物原材料等特点，研究者认为 PLA 是应用前景最好的一种新型生物可降解高分子材料。
虽然 PLA 有很多优点，但是在现实应用中也存在很多不足：如 PLA 的韧性比较差，缺少弹性以及柔性，质地硬而且脆性大，溶体强度相对较低，结晶速率过慢等，上述缺陷限制了其在很多方面的应用。PLA 的化学结构中含有大量的酯键，导致其亲水性差，降解速率需要控制等。而且 PLA 价格较高，增加了原料成本，也限制了其在商业上的推广。因此，针对以上诸多缺点，对 PLA 进行改性成为近些年国内外相关科研人员主要研究的方向，以期改善材料性能和降解产品成本。
二、PLA的物理改性
物理改性是基于材料共混改性完成的。共混改性是在保持聚合物原有的优良性能的前提下，有针对性地对其某些有缺陷的物理机械性能进行改进，同时使生产成本降低。因此是目前应用最广泛的改性聚合物的方法。
目前，根据共混组分的类型不同，PLA共混体系可大致分为增塑剂共混、成核剂共混、无机填料共混、天然纤维共混以及其他可降解材料共混等。

1、增塑剂与PLA共混









2、成核剂与PLA共混
在PLA中加入成核剂熔融共混，可以加快成核速度，拓宽结热性高、机械性能高的特点。陈启军等将苯磺酸钾研磨后与PLA共混。研究发现，试样的结晶性能比纯PLA有了明显的提高。
Fortunati等用表面改性剂银纳米粒子改性的纤维素纳米晶体去改性PLA熔化挤出薄膜。研究发现，因为表面改性剂的存在使得复合材料的成核效果得到提高，同时，结晶度和杨氏模量都有所增加，并且，还增加了复合材料的抗菌性能。

3、无机填料与PLA共混
高岭土和蒙脱土都属于层状硅酸盐，可以将其与PLA填料共混制备聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料。
樊国栋等以丙交酯为原料合成了端羧基聚乳酸，并将其插层到改性高岭土中，经过二噁唑啉扩链得到高岭土改性聚乳酸基复合材料。当m(端羧基聚乳酸)∶m(高岭土/二甲亚砜)=1∶1．2，聚合温度为160℃，并且反应时长为12h时，合成得到的高岭土改性聚乳酸基复合材料的玻璃转化温度由60．5℃上升到了78．30℃。
韩卫等将硅烷偶联剂KH570作为改性剂对长石粉体进行改性，使用熔融共混法得到聚乳酸/改性长石复合材料。改性的PLA材料的断裂伸长率、冲击强度和热分解温度都得到了增强，断裂伸长率增加了17．82%，其它两项分别增加了23．25%和12．33℃。同时也促进了基体的结晶。舒友等用碳酸钙对PLA进行改性，碳酸钙在PLA基体中分布均匀，不仅大大提高了改性后材料的拉伸强度和结晶度，还降低了材料的冷结晶温度。
Zhang等将用羟基磷灰石对PLA进行改性，改性后的复合材料较纯PLA储能模量多达3倍。并且，复合材料经过碱处理之后亲水性大大提高，使其生物相容性也得到改善，扩大了应用范围。

4、纤维素与PLA共混
在自然界中纤维素是分布范围最广泛、所占比重最大的天然高分子材料，具有可降解、可再生的能力，并且来源丰富、价格低廉。将PLA和纤维素进行共混不仅能够提高PLA的降解性能，还能增强PLA的力学性能。
Shih等使用香蕉纤维对PLA进行熔融共混改性，通过整合香蕉纤维得到的PLA改性材料的热稳定性和力学性得到显著提高。
李欣等使用被偶联剂KH-550处理过的香蕉纤维同PLA进行共混，不仅使PLA具有良好的力学性能，还改善了PLA成本高、阻燃性差等缺点，使PLA的应用范围得到拓展。
张琪等使用椰棕纤维对PLA进行共混改性，改性后的PLA的拉伸强度和拉伸模量有都所提高。
宋丽贤等使用PLA与有机改性后的桉木粉为原料，在170℃条件下使用双辊开炼机进行熔融共混得到木粉-聚乳酸复合材料。结果表明，异相成核作用是由木粉的加入引起的。同时聚乳酸的热稳定性也得到了提高，说明木粉的添加有利于提高PLA的热稳定性。
Chun等将椰子壳粉加入到PLA中，并用马来酸处理，复合材料的拉伸强度、弹性模量以及热稳定性都得到了提高。

5、其他可降解材料与PLA共混
Ferri等研究将PLA与聚己内酯(PCL)进行共混改性，改性后的复合材料除了机械韧性有所提高外，当PCL的加入量少于22．5%时，还能使改性后复合材料的生物降解性能得到提高。
Orietta将硅氧烷分子添加到PCL和PLA混合物里，得到的复合材料在机械性能和断裂伸长率上都有所增加，并且有不低的杨氏模量。
Li等把PLA与聚丁二酸丁二醇酯进行共混，得到改性后的产物的熔点和结晶点都相对减少，但是其拉伸性能、断裂伸长率、生物相容性和抗冲击强度都有一定增加。

来源：生物降解材料研究院


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