程一飛（池州學院材化系,安徽　池州　247000）

聚乳酸/乙酸丙酸纖維素復合材料共混研究

程一飛
（池州學院材化系,安徽池州247000）

將聚乳酸與乙酸丙酸纖維素簡單混合后形成共混復合材料，對其進行力學性能測試、熱重分析和生物降解分析，發(fā)現(xiàn)PLA/CAP共混復合材料的拉伸強度、熱失重率、生物降解性能等會隨著CAP含量的高低而發(fā)生相應(yīng)的變化。

CAP；PLA；共混體；拉伸強度

0　引言

自上世紀90年代以來，聚乳酸材料在材料行業(yè)迅速脫穎而出，得到迅猛發(fā)展。聚乳酸材料是從植物發(fā)酵中獲取的，材料來源非常廣，是一種可再生資源。同時，其具有優(yōu)良得生物降解性、相容性和可吸收性，除此之外，還具有較好的力學性能，因而受到人們的關(guān)注和喜愛。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，聚乳酸材料的應(yīng)用范圍日益廣闊，將逐漸成為許多材料的優(yōu)良的替代品，降低社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活對石化等能源的依賴性。但是，聚乳酸材料雖然具有較好的生物降解性能，其抗沖擊能力則非常差、熱合成本高，所以在運用時受到的限制較多。在這種形勢下，進行聚乳酸材料的性能改進研究十分必要，常規(guī)的做法是添加木粉等纖維素衍生物，使聚乳酸材料成為降解性能高的高分子材料，使其充分具有本身的生物降解性能和纖維素衍生物的耐熱、抗沖擊性能。目前，不少學者開展了聚乳酸材料與纖維素的共混研究：周洪等人將聚乳酸材料與二醋酸纖維素進行簡單的共混得到復合材料，通過分析發(fā)現(xiàn)，共混復合材料具有較好的相容性，HDT得到明顯提升，力學性能增強。本文采用聚乳酸與乙酸丙酸纖維素共混成復合材料，研究共混體的性能。

1　實驗內(nèi)容

1.1實驗材料和容器

材料：工業(yè)級聚乳酸（PLA），Mn、Mw分別為87500、16900;乙酸丙酸纖維素（CAP），Mw為75000。

儀器：本次實驗中所用的儀器主要有微量混合擠出機、微量注冊成型機、粉碎機、電子萬能試驗機、熱重分析儀等。

1.2實驗方法

先將PLA、和CAP材料放置到105℃的烘箱中烘烤12h，將其含水率降到1%以下后方拿出，然后按照不同的比例進行PLA、CAP的共混，混合均勻后，用微量混合擠出機對混合體進行熔融共混處理，將擠出溫度設(shè)定為175℃，而螺桿的轉(zhuǎn)速則為100r/min，制備出PLA/CAP混合體后，接著將其放置到粉碎機中進行粉碎處理，粉碎后再用微量注射成型機將粉碎物注射成標準的混合體試樣，在這一過程中，將注射溫度設(shè)定為180℃，模具的溫度為60℃，注射壓力為60MPa，注射時間為5s，保壓壓力50MPa，保壓時間3s。

2　實驗結(jié)果分析

2.1力學性能分析

將共混復合材料裁剪成10cm×1cm的長條形，然后在萬能試驗機上進行壓力測試，得出壓力-應(yīng)力變化曲線。在測試中，拉伸的速度為10mm/min，將拉力控制在50N以內(nèi)。

結(jié)果表明：隨著共混復合材料中CAP含量的增加，復合材料的拉伸強度增加。當CAP含量為20%時，共混體的拉伸強度達到最大值；接著，隨著CAP含量的增加，共混體的拉伸強度逐漸降低。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是因為：少量的CAP融入到PLA中后能均勻的分散到PLA中，在PLA中起到骨架的作用；在進行力學性能測試時，在外界壓力的作用下，CAP能有效傳遞應(yīng)力，增強共混體的拉伸強度。而一旦CAP的含量過高，那么可能會帶來分散的不均勻現(xiàn)象，造成局部的堆積情況，而且，CAP之間會相互吸引、纏繞，共混體中的應(yīng)力被集中到局部區(qū)域，最終導致共混體拉伸強度降低。

2.2熱重分析

運用熱重分析儀進行熱重分析，掃描速率設(shè)定為20℃/min，掃描范圍為20-800℃。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：聚乳酸材料的最大熱失重速率溫度為370℃。而共混體的熱失重速率溫度則會隨著CAP含量的大小而出現(xiàn)不同程度的降低，逐步從370℃降到360℃左右。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是因為：CAP的熱穩(wěn)定性不好，這在一定程度上降低了復合材料的熱分解溫度。而且，共混體中的CAP含量越高，熱分解溫度降低得越明顯。

2.3生物降解性分析

將試樣裁剪成5cm×3cm的條形，并稱重，然后將試樣放入到濕潤、肥沃的田地中，將試樣埋入到田地地表以下10cm處，1個月后取出試樣，干燥后稱重，按照下式計算出試樣的失重率：失重率=（降解前重量-降解后重量）/講解前重量*100%。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加入CAP的試樣生物降解速率更快。這是因為：共混體埋入松軟、潮濕的突然中后，在水分子的作用下使聚乳酸的大分子鏈逐漸斷裂形成小分子的鏈段，接著，這些小分子鏈段又被土壤中的微生物分解。由于CAP具有較好的親水性，與PLA混合后具有了更高的吸水率，這樣就提高了聚乳酸的水解速度，加快土壤中微生物降解速度加快。

3　結(jié)束語

本文采用雙螺旋桿擠出工藝制備出了CAP含量不同的PLA/ CAP共混體，并通過實驗分析發(fā)現(xiàn)，隨著CAP含量的增加，共混體的吸水率提高，拉伸強度則先升后降，熱失重速率則能達到10℃左右。

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程一飛（1992—），男，安徽旌德人，本科，研究方向：化學； 材料共混性能研究（聚苯硫醚與聚醚醚酮共混后熱性能研究）。