生物材料聚羥基脂肪酸酯P3-4HB和聚乳酸PLA的改性研究.pdf

1、生物可降解材料的研究是材料科學(xué)的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，是引領(lǐng)未來材料綠色發(fā)展的研究方向，也是生物材料最具有潛力的研究。生物高分子材料聚乳酸(PLA)是一種熱塑性的可降解生物材料，其具有拉伸強(qiáng)度高、易加工和原料來源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但是其高彈性模量、抗沖擊性能差、結(jié)晶慢和生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)等， PLA的缺點(diǎn)導(dǎo)致其難以廣泛應(yīng)用。聚3-羥基丁酸-co-4-羥基丁酸酯(P3/4HB)的種類很多，其中4HB含量為27％的P3/4HB是一種結(jié)晶性的硬塑料與有

2、彈性的橡膠態(tài)之間的過渡態(tài)的P3/4HB。TMC-306是一種粉末狀新型成核劑，直徑在100微米左右，價(jià)格低廉又可以促進(jìn)PLA成核，有利于晶體的形成。GMA復(fù)合顆粒是一種含有8%的甲基丙烯酸縮水甘油酯復(fù)合顆粒，直徑約6 mm的顆粒，具有良好彈性透明體顆粒，可以提高PLA的韌性。
　　為了降低PLA和P3/4HB復(fù)合材料研究和生產(chǎn)成本，以及加快PLA的結(jié)晶、提高其韌性并且保持良好力學(xué)性能等。本文根據(jù)P3/4HB、TMC-306和GMA

3、復(fù)合顆粒的優(yōu)點(diǎn)，分別選用TMC-306、GMA復(fù)合顆粒與完全生物可降解的一種聚3-羥基丁酸-co-4-羥基丁酸酯(P3/4HB)一起改性聚乳酸 PLA。主要研究了TMC-306、GMA復(fù)合顆粒分別改性P(3HB-co-27%-4HB)/PLA復(fù)合材料的結(jié)晶性能、力學(xué)性能和材料之間相容性等等。
　　在PLA/ P(3 HB-co-27%-4HB)/TMC體系中，制備的TMC306復(fù)合材料具有一定的瓷白特性，可以制成具有瓷白效應(yīng)的制品

4、。研究表明：在力學(xué)性能方面，當(dāng)TMC加入2%-5%時(shí)，TMC復(fù)合材料的力學(xué)綜合性能有一定改善，拉伸強(qiáng)度無明顯下降，而抗沖擊強(qiáng)度顯著提高，斷裂伸長(zhǎng)率也得到一定提高。例如TMC306加入復(fù)合材料PLA/P3/4HB為4:1時(shí)，即在P3/4HB為20%的填充含量時(shí)，并且加入 TMC3%時(shí)，抗沖擊強(qiáng)度太高，以至于測(cè)試機(jī)無法測(cè)出來，拉伸強(qiáng)度達(dá)到50.4MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)18.8%，彈性模量有3.0GPa；在熱學(xué)性能方面，對(duì)TMC復(fù)合材料進(jìn)行熱重

5、分析儀(TGA)與示差掃描量熱法(DSC)的測(cè)試。從非等溫結(jié)晶和等溫結(jié)晶等方面測(cè)試的結(jié)果顯示TMC復(fù)合材料的熱學(xué)性能有明顯改善。例如在等溫結(jié)晶方面，當(dāng)結(jié)晶溫度在95℃時(shí)，并且 P(3HB-co-27%-4HB)加入20%時(shí)，則可以將PLA的半結(jié)晶時(shí)間從26.3 min降為12.6 min。在材料之間相容性方面，從掃描電子顯微鏡（SEM）圖可知，沒有加TMC的復(fù)合材料，淬斷面無規(guī)整的紋理、粗糙，當(dāng)TMC加入量在2%-5%時(shí)，材料之間的紋理

6、規(guī)整清晰光滑、規(guī)整性顯著提高，說明TMC的加入明顯促進(jìn)了P3/4 HB和PLA的相容性，當(dāng)TMC加入超過5%時(shí)，材料之間的紋理規(guī)整清晰降低、規(guī)整性無提高，還可以看到TMC不均勻分布在淬斷面，說明TMC加入量最適合比例2%-5%之間。
　　在PLA/P(3HB-co-27%-4HB)/GMA體系中：選用GMA復(fù)合顆粒和P3/4HB協(xié)同改性PLA，制備并對(duì)PLA和P3/4HB/GMA復(fù)合材料研究。研究表明：在力學(xué)性能方面，當(dāng)PLA/P

7、3/4HB(95/5)、(90/10)及GMA加入1%-3%時(shí)，GMA復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定改善，拉伸強(qiáng)度有下降，而抗沖擊強(qiáng)度提高明顯，斷裂伸長(zhǎng)率也得到明顯提高。例如GMA加入復(fù)合材料PLA/P3/4HB為90:10時(shí)，即在P3/4HB為10%的填充含量時(shí)，并且加入GMA3%時(shí)，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)58.9KJ/m2，拉伸強(qiáng)度達(dá)到46.4MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)13.7%，彈性模量有2.9 GPa；在熱學(xué)性能方面，對(duì)GMA復(fù)合材料進(jìn)行熱重分析儀（

8、TGA）分析、示差掃描量熱法（DSC）分析。從非等溫結(jié)晶和等溫結(jié)晶等方面測(cè)試的結(jié)果顯示GMA復(fù)合材料的熱學(xué)性能有一定改善。例如在非等溫結(jié)晶方面，當(dāng)?shù)诙紊郎貢r(shí)，當(dāng)GM A加入3%時(shí)和P(3HB-co-27%-4HB)加入10%時(shí)，則可以將PLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從59.9℃升高到61.2℃，冷結(jié)晶溫度達(dá)93.7℃，熔融焓達(dá)到18.4J/g，結(jié)晶度為17.1%。在材料之間相容性方面，從掃描電子顯微鏡（SEM）圖可知， GMA加入量1%的復(fù)合