聚乳酸增韧改性研究进展

雷雨潼 汤国权 徐凯伦

【摘 要】随着人们对环境保护、节约能源的认识，生物可降解聚合物—聚乳酸逐渐成为研究的对象。聚乳酸具有很大的脆性，这一点严重限制了其广泛应用。本文重点论述了目前聚乳酸主要的增韧方法，包括添加增塑剂、共聚改性、共混改性。

【关键词】聚乳酸;增韧改性;生物可降解聚合物

传统石油基塑料由于共价键结合难以降解而导致“白色污染”。随着人们对环保和可持续发展理念的认识，生物可降解材料逐渐受到重视。聚乳酸（PLA）由于原料来源于植物，并且具有完全生物降解性而被广泛研究。PLA是乳酸或丙交酯缩合而成的脂肪族聚酯。PLA在包装材料和生物医用工程中应用广泛。但聚乳酸是脆性材料，断裂伸长率极低，这个缺陷限制了PLA更广泛的发展。目前，PLA的增韧研究方法较多，下面介绍几种效果较好的方。

1.添加增塑剂

增塑剂是具有高沸点和低挥发性的物质，按分子量大小分为单体型和聚合型。单体型增塑剂有：甘油、二羟甲基丙二酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖单酯、山梨糖醇等。聚合型增塑剂有：聚乙二醇（PEG）、聚（3-羟基丁酸酯）（P3HB）、聚丙二醇（PPG）、聚二乙烯己二酸酯（PDA）等[1]。PLA的增塑剂要与PLA具有很好的相容性，而相容性与增塑剂的分子量有关。增塑剂可以与PLA的非晶区相容，以此增加PLA分子链段的活动能力，降低玻璃化温度和结晶度，最终达到增韧的目的。而增塑剂的用量也影响了PLA的力学性能。PLA的韧性随着增塑剂含量的增加而增大，而超量的增塑剂会导致其与PLA相分离[2]。

2. 共聚增韧

共聚增韧主要通过乳酸与其他单体开环共聚改变PLA分子链序列或组成，进而改善其柔韧性。共聚又分为无规共聚、嵌段共聚、接枝共聚和交联共聚。最常见的共聚体系是聚ε-己内酯（PCL）/PLA体系。其ε-CL和L-LA的比例是共聚体的机械性能和热性能最大的影响因素。乙烯基十三烷二酸酯（EB）可以作为单体与丙交酯共聚，共聚物具有450 °C的分解温度和更高的延展性[3]。另外，PDLA-b-PBS-b-PDLA嵌段共聚物、聚氨酯（PU）、PLLA-b-PBS-b-PLLA多嵌段共聚物都被报道过可以增韧PLA。

3. 共混增韧

PLA与柔性链段聚合物共混可以增韧PLA。但大部分聚合物不能与PLA形成完全形容的共混物，而是形成具有相界面的部分相容体系。例如PLA/PHB共混物延伸率提高了4倍，抗冲击性增加到120 kJ/m2。PLA/PCL共混物具有更高的韧性和断裂强度。相PLA/PCL共混物中加入PCL-b-PEG嵌段共聚提高相容性，也提高了材料的韧性。以甲基丙烯酸缩水甘油酯作为增容剂制备的PLA/PBAT共混物，共混物的冲击强度随着PBAT质量含量的增加而增大。而甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入不仅提高了共混物的冲击强度，而且保持拉伸强度不变。将PLA、PEBA弹性体以及EMA-GMA嵌段共聚物混合进行熔融共混可以制备超韧性的PLA共混物。PLA/EMA-GMA/PEBA的含量为70wt/20wt/10wt时，共混物的冲击强度可以达到500J/m。这是因为EMA-GMA和PEBA共同形成分散相，在PLA基体中形成“多层堆叠结构”[4]。

4. 总结

作为传统石油基塑料最有潜力的替代材料，PLA的延展性迫切需要改善。因为PLA不具有活泼的侧基，因此改性比较困难。目前增塑剂改性、共聚改性、共混改性等方法都取得了较为明显处效果，但离PLA成为通用塑料来彻底取代石油基聚合物还有很大的距离。我们需要继续努力探索PLA增韧改性的机理和方法。

参考文献：

[1]李晓梅，周威，王丹，蒋涛. 增塑剂对聚乳酸性能影响的研究[J]. 现代塑料加工应用，2008，20.

[2]Li H，Huneault M A. Effect of nucleation and plasticization on the crystallization of poly（lactic acid）[J]. Polymer，2007，48.

[3]Fernandez J，Montero M，Etxeberria A，Sarasua J-R. Ethylene brassylate：Searching for new comonomers that enhance the ductility and biodegradability of polylactides[J]. Polymer Degradation and Stability，2017，137.

[4]Zhang K，Nagarajan V，Misra M，Mohanty A K. Supertoughened renewable PLA reactive multiphase blends system：Phase morphology and performance[J]. Acs Applied Materials & Interfaces，2014，6（15）.

（作者單位：吉林建筑大学）