聚乳酸_包覆型碳酸钙复合材料的制备及性能研究

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1、工程硕士学位论文聚乳酸/包覆型碳酸钙复合材料的制备及性能研究作者姓名宋建辉工程领域生物医学工程校内指导教师黄岳山副教授校外指导教师曾伟杰主任护师所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年1月10日ResearchonthePreparationandPerformanceofPoly(LacticAcid)/CoatedCalciumCarbonateCompositesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SongJianhuiSupervisor：Prof.HuangYueshanSouth

2、ChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB332学校代号：10561学号：201521016642华南理工大学硕士学位论文聚乳酸/包覆型碳酸钙复合材料的制备及性能研究作者姓名：宋建辉指导教师姓名、职称：黄岳山副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：生物医学工程论文形式：□产品研发□工程设计☑应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：生物可降解材料论文提交日期：2018年1月10日论文答辩日期：2018年3月15日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：吴刚委员：杨军忠、黄岳山、

3、吴效明、姜涛、郑一泉摘要随着高分子材料在生物医学、包装、农业等领域应用的不断拓展，由此引起的污染问题也日益严重。聚乳酸(PLA)是一种性能优良的生物可降解高分子材料，有望在解决白色污染问题方面发挥重要作用。本文提出的聚乳酸/包覆型碳酸钙复合材料，可降低聚乳酸制品的成本，促进复合材料的自然降解性能，提高聚乳酸的利用价值和扩大其使用范围。本文采用淀粉为主要改性剂，硬脂酸钠、六偏磷酸钠为辅助改性剂，对碳酸钙进行包覆改性，制备了淀粉包覆型碳酸钙。对改性条件进行单因素实验以及正交试验优化，得到最佳的改性条件为：淀粉与碳酸钙质量比为1：5，六偏磷酸钠的加入量为淀粉质量的10

4、%、交联反应温度50℃。借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、激光粒度分析仪、Zeta电位仪和扫描电子显微镜(SEM)测试仪器对包覆型碳酸钙进行分析，发现包覆型碳酸钙在1024cm-1有明显的葡萄糖环红外吸收峰，中位粒径D(0.5)由6.265微米增大至9.183微米，Zeta电位由+2.63mv变为-8.12mv，表明碳酸钙表面成功包覆了一层淀粉膜。SEM观测到：相比未改性碳酸钙的棱角尖锐，改性后得到的包覆型碳酸钙棱角钝化，粒子呈圆润状。通过熔融共混的方法，在增塑剂丙三醇的作用下，制备了聚乳酸/包覆型碳酸钙、聚乳酸/碳酸钙等复合材料。通过对复合材料界面性能、拉伸

5、性能以及热稳定性研究，发现随着包覆型碳酸钙与碳酸钙的加入，复合材料的拉伸强度与断裂伸长率逐渐降低。但在增塑剂丙三醇的作用下，包覆型碳酸钙与聚乳酸具有较好的界面相容性，降低了界面的应力集中程度，使复合材料的拉伸性能得到了一定的改善。以15wt%的复合材料为例，聚乳酸/15wt%碳酸钙复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为43.0Mpa、3.75%，聚乳酸/15wt%包覆型碳酸钙复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为46.1Mpa、4.04%，分别提升7.2%、7.7%。与纯聚乳酸相比，聚乳酸/包覆型碳酸钙复合材料的熔融温度下降约5-7℃，分解温度下降约50-60℃。通

6、过土壤掩埋式降解试验研究聚乳酸/包覆型碳酸钙复合材料的降解性能，发现包覆型碳酸钙的加入促进了复合材料的降解速率。在整个降解过程中，复合材料中淀粉部分首先发生降解，使材料表面与内部产生孔隙，有利于霉菌与水在材料表面的附着，以及对材料内部的侵蚀，促进包覆型碳酸钙的“溢出”和聚乳酸基体的水解与生物降解。复合材料整体降解速率的加快，一方面是因为包覆型碳酸钙与聚乳酸基体之间的界面间隙I有助于水分子或者霉菌对材料的侵蚀；另一方面，包覆型碳酸钙中淀粉部分是一种亲水性多糖物质，其自身的水解和生物降解速率更快，同时可给降解霉菌提供营养物质，对复合材料整体降解速率的提升有很大贡献。

7、关键词：聚乳酸；包覆型碳酸钙；复合材料；土壤掩埋；降解；IIABSTRACTAstheapplicationofpolymermaterialsinbiomedicine,packaging,agricultureandotherfieldscontinuestoexpand,thepollutionproblemscausedbythemarealsobecomingmoreandmoreserious.Polylacticacid(PLA)isabiodegradablepolymermaterialwithhighperformance,thatisexp

8、ectedtoplaya