增塑剂对聚乳酸性能的影响

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1、增塑剂对聚乳酸性能的影响       聚乳酸(PLA)是一种无毒可完全生物降解的新 型高分子材料，随着近两年PLA的大规模工业化生产，其价格已与通用塑料接近，因此其在包装材料、医药卫生等一次性产品领域的应用将快速发展。但聚乳酸树脂硬而脆，限制了其在薄膜产品中的应用，添加增塑剂是改善脆性增加柔顺性的有效的方法。本文使用柠檬酸三丁醋(TBC)、三乙酸甘油醋(GT)、聚乙二醇(PEG)对聚乳酸进行增塑，考察不同增塑剂的增塑效果及增塑聚乳酸的脆韧转变现象，增塑剂迁移状况。    1.实验部分    1.1主要原料及设备    PLA:浙江海正集团;TBC:化学纯，上海化

2、学 试剂公司;GT:化学纯，上海凌峰化学试剂有限公 司;PEG:摩尔质量4000g/mol，上海浦东高南化工 厂。双辊开炼机:SK一160B，上海橡胶机械厂;平板 硫化仪:QLB一250/Q，无锡市第一橡塑机械公司;电 热恒温干燥箱:SC202，浙江嘉兴市新腾电器厂;微 机控制电子拉力机:CMT5104，深圳新三思公司;差 示扫描量热仪(DSC):Q100，美国TA公司。    1.2试样制备    预先对聚乳酸进行干燥，用开炼机将增塑剂和树脂在150℃下共混塑炼成片，在180℃下于平板硫化仪中压制成2mm片材，再冲成哑铃型试样，用于性能测试。    1.3性能

3、测试及表征    拉伸性能:按GB/T1040一1992执行。 DSC升温和降温速度为5℃/min，N2保护。参照GB/T3830—1994标准，加热温度为80℃，每隔10h取一次样，用酒精擦拭，恒温恒湿处理后称量，计算挥发损失率。                    式中，w为挥发损失率；m。、m分别为试样加热前 后的质量，go    2.结果与讨论    2.1增塑剂品种对体系增塑效果的影响    表l为不同种类的增塑剂对体系力学性能的影响。由表1可知，三种增塑剂对体系都起到了增塑的作用。增塑剂的加人减弱了高分子链之间的作用力， 使得高分子链容易运动，改变

4、构象的能力增强。增塑的过程是大分子的分离过程，增塑剂将一部分聚合物链的作用力中心屏蔽，使相邻高分子链间的吸引力减 弱，并促使这些链分开，从而使高分子材料具有流动、柔韧等性能川。一般加人增塑剂会使断裂伸长率和冲击强度升高，但材料的拉伸强度、拉伸模量等会降低。导致这种结果是由于增塑剂的加人使得材料的玻璃化温度降低。    在三种增塑体系中，PLA/TBC体系的断裂伸长率最大，玻璃化温度降低得最多，因此TBC对体系 的增塑效果最好。这是由于PIA与TBC溶解度参数相近，两者相容性较好。TBC把PLA链上物理结合点的中心选择性地溶剂化，拆散物理缠结点，同时把PLA链聚拢

5、在一起的作用力中心给遮蔽起来，从而使大分子链之间的作用力减弱，链段运动的摩擦力也相应减弱，使得原本在本体中无法运动的链段能够运动，因此玻璃化温度降低，使高弹态在较低温度下出现。三种增塑剂中，TBC的结构较复杂，其空间隔离作用较大，增塑效果也更显著。              2.2增塑剂TBC用量对增塑体系性能的影响     表2为不同用量TBC对PLA/TBC增塑体系性能的影响。从表2中可以看出，增塑剂TBC质量分数低于10%时，材料的断裂伸长率基本无变化，拉伸强度逐渐下降，玻璃化温度随增塑剂用量变化不明显，材料呈脆性。当增塑剂质量分数由10%增加到13%时，

6、材料的性能发生了突变，断裂延伸率从8.9%增加到了404.4%，玻璃化温度也发生突变。说明材料在此范围材料发生了由脆性向韧性转变过程。随着增塑剂用量的增加，其增塑体系的玻璃化温度呈下降趋势，增塑剂质量分数为20%时，增塑体系的玻璃化温度比纯聚乳酸体系的玻璃化温度下降了 33.14℃，增塑剂对降低材料玻璃化温度有显著效果。    TBC质量分数低于10%时，PLA/TBC材料发生 的是一种高模量、小变形的脆性断裂，断裂是在材料屈服之前发生的，形变主要是由高分子的键长键角变 化引起的;而当TBC质量分数大于13%后，增塑剂的作用发生了由量变到质变的转化，PIA/TB

7、C材料的屈服强度大大下降，PLA大分子链间的自由体积增大，分子间相互作用力减小，分子链段的运动性大大增加，当外力作用时，材料首先发生屈服，通过链段运动及时平衡外力的作用，材料显示出高弹形变的韧性。             2.3不同增塑体系的增塑剂迁移比较                    图1是不同增塑体系增塑剂迁移率随时间的变化。三种不同的增塑剂都随时间的增加迁移率增大。在相同的时间内，增塑剂TBC迁移率最小，GT的迁 移率最大。增塑剂发生迁移与以下两方面的因素有关：一是增塑体系的相容性，相容好的增塑体系增塑剂迁移率小;二是PLA结晶的改变，增塑剂主要存

8、在于PLA的无定型部分，