重大突破：高强高韧PLA基复合材料的最新研发报告

Original 小将 BDO产业链资讯 2022-04-23

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塑料加工工艺综合报道，聚乳酸(PLA)是一种生物可降解，生物相容性好且可再生的热塑性塑料，其加工性能优良，具有广阔的工业化前景。

严格意义上来说，聚乳酸是一个家族，其中包括左旋聚乳酸(PLLA)，右旋聚乳酸(PDLA)，以及两种不同旋光性聚乳酸的混合物。但是通常来说，因为生物发酵得到的主要是左旋乳酸，故目前只有PLLA可再生且价格便宜，也只有PLLA进行了大规模商业化。因此，在没有特殊说明的情况下，我们所称呼的聚乳酸(PLA)均为PLLA或含有少量右旋乳酸单元的PLLA。

PLLA抗张强度和拉伸模量都较高，但是由于PLLA分子链缠结密度低且特征比高，其冲击强度极低且延展性极小。因此，在某些做结构材料用或吹膜用的场景中，PLA材料还需进一步增韧。

我们在之前的文章中有提到过，PLA的增韧方法通常是与柔性聚合物共聚或共混，还没看过的小伙伴可以点击蓝字：干货 | 聚乳酸增韧改性的研究进展。然而在一系列PLA增韧方法的标准测试手段下，除了某些特殊加工方法，既有较为明显的增韧效果同时又不过分损失抗张强度，其他手段一般难以兼顾刚韧平衡。

这里还需说明的是，特殊加工方法也有一系列的问题，比如说与传统挤出注塑相比生产周期长，难以连续化生产，因此这大类方法在工业应用上还有待改进。

近期，四川大学高分子科学与工程学院的几位教授就这个问题做了深入的探讨和研究，并发明了一种高强高韧聚乳酸基复合材料的制备方法。以下是专利说明。

本发明采用在PLA中添加酚氧树脂的简单方法，得到了具有较高抗张强度较高模量以及高延展性高冲击强度的PLA基复合材料，起到了增韧增强PLA的作用。其原理是酚氧树脂的侧羟基可以与PLA上的羰基形成氢键，而且还可以与PLA进行酯交换反应，进而可以大大改善与PLA的相容性。

制备条件

◇ 酚氧树脂应占复合材料质量的4～20wt％；优选为7～20wt％

◇ 所述酚氧树脂满足其重复单元至少含有一个主链醚键和至少一个羟基侧基即可

制备工艺

1.将聚乳酸和酚氧树脂于250~350r/min(300r/min)高速共混1~10min(优选为5min)后得预混物。

2.预混物在挤出机中于170～190°C挤出造粒，然后烘干得到共混粒料即聚乳酸基复合材料。

性能测试

将上述取最优条件步骤制得的粒料在190°C下进行注塑，得到拉伸国标样条以及自动生成缺口的国标冲击样条，随后采用5569Instron万能拉伸测试机并按照国标GB/T1040.2-2006测试其拉伸性能，采用JXUD5.5摆锤冲击测试仪并按照国标GB/T1843-2008测试其冲击强度，得到下图。

样品（wt.%）	拉伸强度(MPa)	冲击强度（kJ/m2）	自动杨氏模量(GPa)	断裂伸长率(%)
PLA	62.9	3.2	2.9	6.9
PLA/7PKHH	59.0	5.8	2.7	110.5
PLA/10PKHH	56.8	7.4	2.6	194.0
PLA/20PKHH	49.7	13.2	2.4	226.1

表.不同PLA配方及其各项力学性能

在PLA中添加10％的酚氧树脂后，所得PLA基复合材料拉伸强度可达56.8MPa，与纯PLA相比拉伸强度只降低了9.7％；杨氏模量可达2.6GPa，与纯PLA相比只降低了6.9％；但是，断裂伸长率可达205.1％，与纯PLA相比提高了2872.5％；冲击强度可达7.4kJ/m2，与纯PLA相比提高了138.7％。

接着对PLA/10PKHH和PLA/20PKHH两种材料进行电镜扫描。

由图可知，随着酚氧树脂的含量提高，与基体的微相分离程度越来越严重，分散相粒子愈发变大，当含量超过一定值(约10wt.％)的时候，相分离严重，使得材料综合力学性能下降。

该发明提出了一种经酚氧树脂改性的高强高韧PLA基复合材料，其综合力学性能较普通PLA材料有较大的提高。因目前国内外尚未见采用酚氧树脂或超高分子量环氧树脂改性PLA的相关报道，该技术或能成为PLA改性的重要参考。

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