聚己二酸丙三醇酯增韧改性聚乳酸的研究
第36卷第9期2008年9月
化工新型材料NEWCHEMICALMATERIALS
V01.36No.9
・69・
聚己二酸丙.-
任洁莹
N
韧改性聚乳酸的研究
高世岗
陆
李勇锋冲
程树军。
(华东理工大学材料科学与工程学院,教育部超细材料重点实验室,上海200237)
摘要
以丙三醇(G)、己二酸(A)为原料,制备了一种新型聚乳酸(PLA)增韧改性剂——聚己二酸丙三醇酯
(PGA)。通过熔融共混的方法制备了PGA/PLA共混物,并*利用偏光显微镜(POM)、动态力学分析(DMA)等对其动态热机械性能、冲击强度及相态结构进行了表征。研究结果表明,PGA的加入改善了PLA材料的柔性,PGA含量为15%的PGA/PLA共混物的冲击强度达到48.0J/m,比纯PLA提高了300.O%。
关键词
己二酸,丙三醇,增韧,聚乳酸
ToughingofpolylacticacidbyblendingwithPoly(adipate-co-propanetrio|)
・RenJieying
LiYongfengGaoShigang
LuChong
ChengShujun
(KeyLaboratoryforUltrafineMaterialsofMinistryofEducation,SchoolofMaterialsScienceand
Engineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200337)Abstract
erol
Anew
modifierofPolylacticacid(PLA)一Poly(adipate-co-propanetri01)(PGA)waspreparedwithglyc—
andadipicacidbythemeltpolycondensatiorLPGA/PLAblendswerepreparedwiththemethodofmeltblending.The
thermalproperties,impactstrengthandmorphologiesofPGA/PLAblendswerestudiedbypolarizedmicroscope(POM)
and
dynamicmechanicalanalysis(DMA),and
SO
OILResults
shclwedthatPlGAtoughened
neat
PLAeffectively.Impact
content
strength
ofPGA/PLAblendswas48.OJ/mwhichwas300.O%higherthan
adipic
PLAwhenthePGA
was
15%.
Keywords
acid,glycerol,toughening,polylacticacid
转矩流变仪进行密炼。温度为160"C,转速为60r/rain。密炼后的各样品在180"C,10MPa压力下模压,经冷压后成型。
1.3
由于聚乳酸(PLA)成型制品收缩率大、尺寸稳定性差,本身质脆、加工热稳定性差,制品耐久性不好,限制了其应用范围,因此PLA的改性已成为研究重点D-s]。PLA最大的缺点是在张力作用下产生脆性破坏。PHB等脂肪族聚酯虽可以改善PLA的柔韧性,但改性后材料的成本较高,而塑化淀粉的成本虽低,但改性效果不显著。
本方法以成本较低的丙三醇、己二酸为原料,制备了聚己二酸丙三醇酯(PGA)对PLA进行增韧改性,此种改性剂目前尚未见报道。
PGA/PLA共混物的性能测试
用DMA2980型动态机械热分析仪测试共混物的动态力
学性能。空气氛围,频率1HZ,升温速率3"C/min。
根据ASTMD256测试标准,用UJ一40冲击试验机测试共混物及纯PLA的冲击强度。
用JSM-6360LV型扫描电子显微镜对共混物及纯PLA的相形貌进行观察。样品在液氮中冷冻脆断,放大倍率为2000倍,加速电压为20kv。
1实验部分
1.1原料
己二酸、丙三醇,均为分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;无水乙醇(分析纯),上海振兴化工一厂;PLA(工业级),
Nature
2结果与讨论
2.1
PGA/PLA共混物的动态热机械性能
图l为纯PLA与PGA/PLA共混物的E7变化曲线。纯
Works公司。
PLA在30"C时的储能模量高达2780MPa,加入15%PGA后,储能模量降低到2265MPa;30%PGA时,储能模量为1985MPa。可见,PGA能有效的降低室温时PLA的模量,改善了材料的柔性。
在玻璃化转变温度附近PLA的储能模量降低了一个数量级,同时伴随着一个损耗角正切值的峰值。此峰值温度表明PLA的Tg为56℃,而PGA/PLA共混物的Tg值为53℃,不同PGA含量的共混物Tg下降值接近。可见,I)13A/PLA
1.2
PGA/PLA共混物的制备
将等摩尔比的丙三醇(G)、己二酸(A)混合物加入到四El
烧瓶里,通Nz,并升温至设定温度;当反应体系达到动态平衡开始抽真空,继续反应一定时间,将所得产物在一10"C,真空条件下在FD-3型冻干机内冻干24h,除去产物内未脱除的小分子水。
PGA与PLA按一定质量比,用Rheocord300P型Haake
作者简介:任洁莹(1983一),女,硕士生.研究方向为生物降解材料。联系人:程树军。
万方数据
・70・
化工新型材料
第36卷
共混物的Tg较纯PLA有所降低,但下降程度有限。此测试结果表明PLA与PGA部分相容,PLA相含有少量的PGA,导致PLATg的少许下降。
图3纯PLA与PGA/PLA共混物的损耗
模量F与温度关系曲线图[(a):纯PLA(b):15/85(c):30/70]
图1纯PIA与PGA/PLA共混物的储能
模量E’与温度关系曲线度值为48.0J/m,比纯PLA提高了300.o%。PGA的加入使[(a):纯PLA(b):15/85(c):30/70"]
得PLA的冲击强度大幅提高。这是由于如前所述,PGA的加入起到了增塑作用,极大的促进了PLA分子链的迁移,从而使PLA分子链活动能力增加,结晶能力也有所增强,同时也改善了PLA的柔性。
E≥
¥世震怕量
图2不同质量比PGA/PLA共混物的
损耗角正切值与温度关系曲线[(a):纯PLA(b):15/85(c):30/70"]
图4纯PLA与PGA/PLA共混物的冲击强度
[(a):纯PLA(b):lO/90(c):15/85(d):20/80(e):30/70]
图3为纯PLA与PGA/PLA共混物的F变化曲线。由2.3共混物的相态结构
图5是纯PLA及PGA含量为15%、30%的PGA/PLA共混物脆断表面的SEM照片。由图可见,a图中纯PLA的脆PGA黏度及含量对PGA/PLA共混物力学性能断面较光滑平整,为脆性断裂。而b、C图中PGA/PLA共混物的脆断面比较粗糙,PGA作为分散相分散在PLA中,形成的影响
海岛结构,结合DMA测试结果可知两者存在部分相容。图4为纯PLA与PGA/PLA共混物的冲击性能测试结
PGA的加人使材料在受到外力冲击时诱发大量银纹吸收更多冲击能量,从而大幅的改善了PLA的韧性。
图5纯PLA及PGA/PLA共混物断面SEM照片(放大2000倍)
[(a):纯PLA(b):15/85(c):30/70]
(下转第81页)
万
方数据图1和图3可知,当温度达到82"C时,PLA发生冷结晶,材料的储能模量和损耗模量快速提高。由于PGA对PLA起到一定增甥作用,PGA的加入使得共混物的冷结晶温度同样向低温方向移动。
2.2
果。纯PIA的冲击强度值为12.0J/m。PGA含量为30%时
共混物的冲击强度为26.3J/m,当其含量为15%时其冲击强
第9期樊小伟等:溶胶一凝胶法制备纳米Cd02晶体
・81・
由以上分析可得出,随着焙烧温度的增加,粉体表观颜色逐步变浅,衍射峰增强,晶格更完善,晶粒逐渐增大,但不发生晶型的转变。800"C焙烧所得Ce02趋于直径为20~50nm的
[4]QjuKH,WangYR,ZhangPc,et
nanophotocatalystusingals
precipitation
a1.PreparationofC002
method[c3.Eco-materi—
processinganddesignⅥII(2007),544—545:119—122.
球形。本研究在一定程度上有效的克服了焙烧过程中C如
的团聚。并为在实际应用中通过控制焙烧温度制备合适粒径的纳米Ce02提供指导。
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andpropertiesofCe02
a1.Studyofthepreparation
3结论
(1)聚乙二醇溶胶一凝胶法可以制备粒径小于100nm的Ce02晶体。该晶体属单相立方晶系。
(2)CeOz的溶胶化需要适当的温度,反应温度为65℃时得到的粉体较均匀,分散性也较好。
(3)随着焙烧温度升高,晶型不变,Ceoz粒径增大,形貌趋于球形。经8009C焙烧,粉体粒径在20~50nm。
single/multiwallhollowmicrospheres
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收稿日期:2008-02-27
''',''●,●'l'●,●●'l''’,,lIl,'’●''-l●●',’’l','●'ll’’l’''',,l●,●','●'l''’,lll●,●’2t,''''●,●'●',,l●2t,’’
(上接第70页)
PGA/PLA共混物的力学性能除与PLA基体性质有关外,还与作为分散相PGA的尺寸、分布均匀情况等因素有关。由图7可见,b图中PGA含虽为15%的PGA/PLA共混物的分散相尺寸较小,且分布较均匀;而C图中PGA含量为30%的PGA/PLA共混物的分散相尺寸较大,且分布均匀性较差。故PGA含量为15%的共混物分散相的尺寸较小且分布较均匀,其冲击强度值最高,与冲击测试结果相一致。
[
3
sivepropertiesofP(LA—b_EC卜b_P()-b—EC卜b.LA)block
copoly-
merswithshorthydrophobicpoly(1actieacid)(PLA)segments
EJ3.Polymer,2005。46(6):1841—1850.
[
2
]
Yan
Wu.YongliZheng,WuliYang,eLaL
a
Synthesisandchar—
co-
acterizationof
novelamphiphilieehitosan-polylactidegraft
polymer[J3.Carbohydrate
]
Polymers,2005,59(2):165—171.
JianfengZhang,XiuzhiSumMechanicalpropertiesandcrystal-
lizationbehaviorof
poly(1actieacid)blendedwithdendritichy-
3结论
纯PLA的冲击强度值为12.0J/m。PGA含量为15%的共混物分散相的尺寸较小且分布较均匀,其冲击强度值最高为48.OJ/m,比纯PLA提高了300.o%。
PGA作为分散相分散在PLA中,形成海岛结构。从DMA得到数据可知,PGA与PLA存在部分相容,当PGA加入15%时,共混材料Tg下降到53。C,下降了3"C。
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收稿日期:2008一03一lO
万方数据
聚己二酸丙三醇酯增韧改性聚乳酸的研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
任洁莹, 李勇锋, 高世岗, 陆冲, 程树军, Ren Jieying, Li Yongfeng, Gao Shigang , Lu Chong, Cheng Shujun
华东理工大学材料科学与工程学院,教育部超细材料重点实验室,上海,200237化工新型材料
NEW CHEMICAL MATERIALS2008,36(9)2次
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HAPC/PAN复合纳滤膜。ECH交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为9.25L·h·mMpa;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm,均方粗糙度(RMS)为8.50±1.5(10nm);电压渗系数为12.0mv·MPa;在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·LMgCl、CaCl、KCI、NaCl和NaSO溶液的截留率分别为96.6、96.6、56.1、57.5和26.6﹪,通量分别为7.00、7.30、16.3、15.9、9.86L·m·hGCGCE交联HAPC/PAN复合纳滤膜。该复合膜在室温下纯水渗透系数为16.6 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量为800,膜孔径约为0.84nm;均方粗糙度(RMS)为22.3±0.30(10nm),;电压渗系数为4.43mv·MPa;在操作压力为1.0MPa,对1000 mg·LMgCl、CaCl、MgSO、 KCl和KSO溶液的截留率分别为87.9、72.4、25.4.、19.1和11.3﹪,通量分别为12.2、22.9、28.9、29.6和31.8 L·m·h。
发现具有长链结构GCGCE交联HAPC/PAN的复合纳滤膜的截留分子量、纯水渗透系数均要大于具有短链结构ECH交联HAPC/PAN的复合纳滤膜。
以HAPC为活性层材料,以PAN为支撑层,以具有不同刚软结构的二异氰酸酯如六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为交联剂,分别制备了两种HAPC/PAN复合纳滤膜。HDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为17.2 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0MPa下,截留分子量为520,膜孔径约为0.72nm,电压渗系数为6.31 mv·MPa;均方粗糙度(RMS)为15.6±0.24(10nm);在操作压力为1.0MPa下,对1000
mg·LMgCl、CaCl、KCl、NaCl和NaSO溶液的截留率分别为92.9、93.4、50.3、67.3和19.6%,通量分别为12.3、32.8、31.3、10.4和32.3 L·m·h;HDI和TDI交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为10.6 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0 MPa下,截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm;电压渗系数为7.73 mv·MPa;均方粗糙度(RMS)为12.3±0.52(10nm);在操作压力为1.0MPa下,对1000mg·LMgCl、CaCl、MgSO、KCl、NaCl和NaSO溶液的截留率分别为96.6、95.6、50.4、61.5、61.5和24.7%,通量分别为12.9、14.7、15.3、14.1、13.2和12.6 L·m·h。发现以单一具有软性结构的HDI为交联剂制备的纳滤膜具有较强的截留能力和透水能力。以单一具有刚性结构的TDI为交联剂所制备的复合膜较脆、易裂;且制备条件苛刻。以TDI与HDI混合为交联剂所制备的复合膜,有较强的截留能力和适中的透水能力。
以HAPC为活性层材料,以PAN超滤膜为支撑层,以己二酸和乙酸酐的混合酸酐为交联剂,制备了另一种HAPC/PAN复合纳滤膜。该膜在室温下纯水渗透系数为6.99 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0 MPa下,截留分子量为560,膜孔径约为0.74nm:电压渗系数为7.73 mv·MPa;均方粗糙度(RMS)为7.50±0.31(10nm);在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·LMgCl、NaCl、KCl、MgSO、KSO、NaSO和CaCl溶液的截留率分别为95.8、69.7、65.7、38.1、21.9、27.5和97.2%,通量分别为4.81、7.96、8.88、7.96、8.19、8.27和7.65 L·m·h。由于交联时引进酯基,复合膜的疏水性增强,该复合膜截留能力较强,但透水性降低。
以HAPC为表面活性层,以PSF为支撑层,分别以HDI和ECH为交联剂,制备了两种HAPC/PSF复合纳滤膜。HDI交联HAPC/PSF的复合膜在室温下纯水渗透系数为13.6 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0MPa下,该膜截留分子量为500,膜孔径约为0.71nm;电压渗系数为10.8mv·MPa;均方粗糙度(RMS)为9.63±0.18(10nm);在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·LMgCl、MgSO、NaSO、KSO、KCl和NaCl溶液的截留率分别为96.9、58.5、36.5、33.1、76.0和80.9%,通量分别为12.9、11.9、11.6、11.6、13.8和13.9 L·m·h;ECH交联的复合膜在室温下纯水渗透系数为12.6 L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0MPa下,该膜截留分子量为720,膜孔径约为0.82nm;电压渗系数为34.2 mv·MPa;均方粗糙度(gMS)为8.45±0.38(10nm),在操作压力为1.0MPa下,对1000 mg·LMgCl、MgSO、NaSO、KSO、KCl和NaCl溶液的截留率分别为96.5、45.0、31.8、22.5、67.1和70.8%,通量分别为15.6、14.1、14.4、13.9、15.5和14.1L·m·h。以PSF为支撑层,HDI为交联剂所制备的HAPC/PSF复合纳滤膜相对以PAN为支撑层所制各的
HAPC/PAN复合纳滤膜,膜的截留性能提高,但透水能力下降;以PSF为支撑层,ECH为交联剂所制备的HAPC/PSF复合纳滤膜相对以PAN为支撑层所制备的HAPC/PAN复合纳滤膜,膜的透水能力增强,但截留性能几乎保持不变。
将壳聚糖与三甲基烯丙基氯化铵进行接枝共聚,制备壳聚糖.三甲基烯丙基氯化铵接枝共聚物(GCTACC)。
以GCTACC为表面活性层材料,以PAN为支撑层,以ECH为交联剂所制备的GCTACC/PAN复合纳滤膜。该膜在室温下纯水渗透系数为6.30L·h·m·MPa;在室温和操作压力为1.0MPa下,其截留分子量仅为490左右,膜孔径约为0.70nm:电压渗系数为11.7mv·MPa;均方粗糙度(RMS)为10.2±0.13(10nm);在操作压力为1.2MPa时,对质量浓度为1000 mg·L的MgCl、CaCl、MgSO、NaCl、NaSO溶液的截留率分别为97.6、97.2、89.7、65.0和40.7%;通量分别为6.80、6.12、6.12、5.57和5.51 L·h·m。由于以具有短链结构的ECH为交联剂,形成交联网络孔径较小,该膜的透水能力较弱,截留分子量小。
7.期刊论文 宋兴梅 聚酯二醇合成的有关计算 -聚酯工业2003,16(2)
以实验为基础,对用己二酸与乙二醇、丙二醇、丙三醇合成的用于氨纶的聚酯二醇进行有关计算.诸如根据产物官能度为2.33,羟值为35~37mgKOH/g的要求,计算丙三醇的加入量,产物的聚合度,产物中1,2-乙基与1,2-亚丙基的比例等.
8.期刊论文 喻春红. 陈强. 侯向辉. 沈健. YU Chun-hong. CHEN Qiang. HOU Xiang-hui. SHEN Jian 化学交联型形状记忆聚氨酯材料研究 -机械科学与技术2001,20(1)
采用聚己二酸乙丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己内酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯为原料,以丙三醇为交联剂合成了一系列低度交联的聚氨酯,讨论了组成、配比等对性能的影响,比较了它们和线型聚氨酯在性能上的差别。研究表明,软段结晶度高的聚氨酯具有良好的体温形状记忆性能,且具有比相应的线型形状记忆聚氨酯更为优越的形状记忆功能和力学性能
9.学位论文 赵金男 双环戊二烯的合成及其改性饱和聚酯树脂的研究 2005
碳五馏分是具有很高利用价值的化工原料,上海石化碳五分离装置采用热二聚方法脱除环戊二烯/溶剂萃取精馏法分离异戊二烯、间戊二烯和双环戊二烯的工艺流程进行碳五馏分的分离。本文针对原装置环戊二烯二聚反应能力不足、反应选择性低、异丙烯基降冰片烯含量高和反应器内聚合物挂壁严重等问题,开展碳五馏分环戊二烯管式二聚反应工艺优化研究,在对环戊二烯二聚反应动力学特征、反应器内传质情况和反应过程工艺条件详细分析的基础上,建立了环戊二烯二聚管式反应器数学模型,进行了环戊二烯二聚管式反应器设计及反应单元的工艺和试验方案设计。工业应用试验结果表明,所设计的管式反应器提高了环戊二烯二聚反应能力和反应选择性,异丙烯基降冰片烯含量从2.12%下降到1.50%,反应器内无明显聚合物沉积和挂壁;环戊二烯二聚管式反应器运行试验实测数据与数学模型计算数据吻合良好。同时进行了双环戊二烯改性不饱和聚酯树脂的合成研究,讨论了双环戊二烯用量、增韧改性剂己二酸用量、缩聚共聚单体丙三醇用量对树脂性能的影响。应用DSC差热分析研究了DCPD的热性能,得到了合适的水解加成温度,对树脂的合成过程做了酸值跟踪分析,并对相关产物进行红外分析。还对树脂的固化工艺做了研究,并在相关的市场应用中取得了良好的效果。
引证文献(2条)
1. 付田霞. 战孟娇. 王新现 聚乳酸的改性及其在食品包装领域的应用研究进展[期刊论文]-包装工程 2009(12)2. 冯飞. 叶林 聚乳酸/聚氨酯弹性体共混复合材料结构与性能研究[期刊论文]-塑料工业 2009(5)
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