不同含量AT對聚乳酸復合材料的影響

酒巧娜，盧玉獻

(1.蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060；2.武漢興天宇環境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

不同含量AT對聚乳酸復合材料的影響

酒巧娜1，盧玉獻2

(1.蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060；2.武漢興天宇環境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

以凹凸棒石黏土(簡稱：AT)、聚乳酸(簡稱：PLA)為原料，制備出一種PLA/AT新型復合材料。考察了不同AT含量對這種復合材料性能的影響。結果表明：凹凸棒石黏土最佳填充量為1.5%左右時這種復合材料的耐熱性能、力學性能最佳。

聚乳酸；凹凸棒石黏土；耐熱性能；力學性能

隨著經濟的發展，人們對各種材料的品質提出了更高的要求，而高分子材料因其具有其它材料所不具備的性能，質量輕，密度小，優良的力學性能，較好的絕緣性能，隔熱性能，光學性能等[1-3]而受到人們的廣泛關注，特別是高速發展的今天，作為四大材料之一的高分子材料在社會上的應用越來越廣，其需求也越來越大，隨之帶來的環境問題也日益嚴重。而聚乳酸(PLA)聚乳酸是一種熱塑性脂肪族聚酯，可以生物資源為原料，如可再生的植物資源玉米所提出的淀粉原料制成，淀粉原料經由發酵過程制成乳酸，再通過化學合成轉換成聚乳酸，擺脫了對石油等化工原料的依賴，大大減少了環境污染，是目前公認的一種可完全降解的優良塑料材料[4-5]。聚乳酸在使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環境，對保護環境非常有利，是走資源循環與節約型社會的重要而必需的新材料。但聚乳酸比較脆，抗沖擊性差、氣體阻隔性差、加工時熱穩定性差[6-7]。為了改善聚乳酸的性能，提高聚乳酸的應用范圍，人們通過不同的方法對其進行復合改性，以提高其綜合性能。目前對聚乳酸的改性一般有以下3個方面[8-9]：⑴ 改善合成工藝，合成更大分子量的聚乳酸；⑵無機∕聚乳酸復合材料；⑶聚合物共混∕共聚改性。而無機材料凹凸棒黏土具有獨特的一維棒狀結構，這種纖維狀結構具有優異的補強性能，較好的吸附性能，且凹凸棒黏土表面具有大量羥基有利于表面改性，是種很有潛力的一維增強材料，填充到高聚物中可以起到很好的增強、補韌作用[10-11]凹凸棒石黏土在我國的分布及儲量居世界首位，其價格較為便宜，給其提供了便捷有利的開發條件。因此將凹凸棒黏土添加到聚乳酸中，改善其缺點具有較高的研究意義。

本研究以聚乳酸、凹凸棒石黏土為原料，采用融共混法[12]制備出了PLA/ AT這種新型復合材料。考察了不同含量AT對PLA/AT復合材料的熱重、力學性能與熱變形溫度的影響。

1 試驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

聚乳酸(2002D)，美國Natureworks公司；凹凸棒石黏土(JC-J503)，江蘇玖川納米科技有限公司；氫氧化鈉(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司。

Haake MiniLab，德國的Haake公司；Haake MiniJet，德國的Haake公司；S-3000N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司； JC-25D電子沖擊機，承德精密試驗機有限公司；Diamond DSC，PerkinELmer；CMT-4303微機控制電子萬能試驗機，美斯特工業系統(中國)有限公司；SWB-300C/D負荷熱變形溫度測定儀，上海斯爾達科學儀器有限公司；STA 409 PC同步熱分析儀，耐持儀器(上海)有限公司；SX2-8-10電阻爐，上海意豐電爐有限公司；。RJ-LDL-50A，低速立式大容量離心機。

1.2 實驗過程

1.2.1 凹凸棒石黏土的預處理

稱取一定質量的純化凹凸棒石黏土，用3 mol/L的Hcl浸泡12h，用去離子水洗滌至pH值=6；再稱取相同質量的凹土用2.5 mol/L的NaOH溶液浸泡48h，用去離子水洗滌至pH值為8～9，最后將處理過的凹土在真空干燥箱中于105℃干燥12h，把干燥后的凹凸棒石黏土磨細待用。

1.2.2 聚乳酸∕凹凸棒石黏土復合材料的制備

稱取4份各50g的PLA及接枝凹凸棒石黏土，其中接枝凹凸棒石黏土的添加量為0%，0.5%、1.5%、3.0%。將其攪拌均勻，在設定的溫度、轉速等條件下于微型雙螺桿擠出機中熔融共混一段時間，在與之相連的微型注塑機(MiniJet)中注塑成型。

2 結果與討論

2.1 TGA分析

圖1 不同含量AT的PLA/AT復合材料TGA曲線Fig.1 the PLA/AT composites TGA curve with Different contents of AT

從圖1可以看出，加入一定量的AT，對起始降解溫度影響不大，隨著 AT的加入在一定程度上提高PLA的耐熱性能，且當AT加入到一定含量時，其耐熱性能將不再變化。

圖2 不同含量AT的PLA/AT復合材料力學性能曲線

Fig.2 the mechanical property curves of the PLA/AT composites with different content of AT

2.2 力學性能表征

從圖2可以發現，隨著凹土含量的增加，復合材料的沖擊強度及斷裂伸長率皆表現為先增大后減少的趨勢，但達到最高點時的凹土含量有所不同。這是因為凹凸棒石黏土具有獨特的一維棒狀結構，在一定程度上向高聚物中添加的凹凸棒石黏土，不僅起到了成核劑的作用而且起到了補強、增韌的作用，提高了結晶了速率，從而改變了聚合物的性能。但隨著凹土含量的增加，就會破壞聚乳酸基材的結構，導致各項性能下降，綜合各因素得出如下結論：當凹凸棒石黏土含量為1%～2%為宜。

2.3 熱變形溫度測定

圖3 不同含量AT的PLA/AT復合材料的熱變形溫度Fig.3 The thermal deformation temperature of the PLA/AT composites with different content of AT

由圖3可以得出，AT的加入對共混體系維卡軟化點的影響很大，尤其AT的加入量在0.25%～1.5%之間，不過當AT的加入量超過1.5%后，PLA/AT復合材料的維卡軟化溫度的變化不再如剛開始那么明顯。這是因為當加入到一定量后，AT后起到了剛性骨架的作用，在一定程度上提高了材料的耐熱能力，且隨著AT含量的增加，材料的維卡軟化溫度越來越接近于AT的維卡軟化溫度。

3 結論

通過考察不同含量AT對PLA/AT復合材料的熱重、力學性能與熱變形溫度的影響，結果發現：AT的加入在一定程度上提高了PLA的耐熱性能，但AT加入到一定含量時，其耐熱性能將不再變化；隨著凹土含量的增加，復合材料的沖擊強度及斷裂伸長率先增大后減少的趨勢，當凹凸棒石黏土含量為1%～2%為宜；AT的加入量在0.25%～1.5%之間時對PLA/AT復合材料的維卡軟化點的影響很大，當AT的加入量超過1.5%后，PLA/AT復合材料的維卡軟化溫度的變化不再明顯。綜合各項性能指標，凹凸棒石黏土作為填料在聚乳酸∕凹凸棒石黏土復合材料的凹凸棒石黏土最佳填充量為1.5%左右時，PLA/AT復合材料表現出優越的特性。

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(本文文獻格式：酒巧娜，盧玉獻.不同含量AT對聚乳酸復合材料的影響[J].山東化工，2017，46(20)：34-35，37.)

TheEffectsofDifferentAT，ContentsonPolylacticAcidComposites

JiuQiaona1,LuYuxian2

(1.Lanzhou Petrochemical College of VocationalTechnology, Lanzhou 730060,China; 2 Wuhan Xingtianyu Environmrntal Engineeting Co.,Ltd.,Wuhan 430074, China)

One new kinds of composite materials were prepared by polypropylene, and the attapulgite clay(AT). The effects of different AT content on the properties of the composite were investigated. The results show that the content of AT was 1.5% or so , the heat resistant properties and mechanical properties of the composites are best.

polypropylene; the attapulgite clay; heat resistant properties; mechanical properties

2017-08-29

酒巧娜(1986—)，女，講師，碩士,主要從事添加劑的研究。

TQ327.8

A

1008-021X(2017)20-0034-02