一种低分子量聚乳酸-聚乙二醇共聚物的合成与表征

罗婷，苏婷婷，赵文婷，胡浪涛

（重庆化工职业学院，重庆 401220）

“绿色发展”战略要求相关学者不断研发环境友好的高分子新材料[1]。聚乳酸（PLA）不仅无毒、易加工，还具有优良的生物相容性和生物可降解性能，被认为是最有前途的生物可降解高分子材料。但因脆性大、韧性差且亲水性差、缺乏弹性和柔性等缺点而限制了其应用范围。通过共混、共聚、增塑和分子修饰等方法可实现聚乳酸结晶性、亲水性、力学性能及可降解性能的改进[2]。

聚乙二醇（PEG）具有较好的生物相容性及吸水性，且相对分子质量范围广，可选择性大，常作为对聚乳酸共聚改性的原料[3]。但是，大多数研究工作集中在从丙交酯或乳酸出发与聚乙二醇聚合，鲜有报道将聚乳酸与聚乙二醇直接缩聚[4-5]。

因此，本实验尝试新的工艺路线，将螺杆降解法制备的低分子量聚乳酸与聚乙二醇直接熔融反应合成共聚物，并将其作为一种亲水性高分子抗静电剂加入到聚乙烯（PE）基体中，以改善复合材料的抗静电性能[6-9]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

聚乳酸，工业级，Mn=1 000，江苏无锡新合纤有限公司；聚乙二醇，工业级，Mn=1 000，日本青木公司；对甲苯磺酸，分析纯，成都爱思特医药技术有限公司；聚乙烯，工业级，中国石油化工股份有限公司茂名分公司。

IR Prestige-21型红外光谱仪，岛津（香港）有限公司；Alltech 626凝胶渗透色谱仪，美国奥泰科技有限公司；SHJ-20同向双螺杆挤出机，南京杰恩特机电有限公司；JC2000C1型静滴接触角测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 低分子量聚乳酸的制备

将聚乳酸单独熔融挤出10次，挤出加工条件：1区～5区温度分别设置为140 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃和200 ℃，机头温度为180 ℃，喂料速率5 Hz，主机转速8 Hz。

1.2.2 低分子量聚乳酸接枝聚乙二醇的合成

分别以10次挤出PLA和PEG-1000为原料（质量比1∶1），催化剂（对甲苯磺酸）用量为1%，在165 ℃、真空度0.03 MPa下，反应10 h。反应所得产物使用丙酮溶解、水洗沉淀10次提纯后，60 ℃真空干燥得低分子量聚乳酸-聚乙二醇共聚物。

1.2.3 抗静电聚乙烯材料的制备

称取5 kg PE，然后加入0.5 kg低分子量聚乳酸-聚乙二醇共聚物，混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出粉碎造粒，注塑得到抗静电PE的标准样条，待测各项性能。挤出条件：1区～5区温度分别设置为135 ℃、160 ℃、170 ℃、175 ℃和 175 ℃，机头温度为160 ℃，喂料速率4 Hz，主机转速6 Hz。注塑条件：1段～4段料筒温度分别为135 ℃、160 ℃、170 ℃和175 ℃，注射压力为160 MPa，保压时间为4 s，模具温度为6 ℃。

1.3 分析与表征

1.3.1 分子量测定

检测器ELSD800，配备Jordi Gel DVB 10000A色谱柱（7.8 mm×300 mm，5 μm）。氮气流速3.0 mL/min，检测温度40 ℃，流动相四氢呋喃（THF），流速1 mL/min。标准样品为美国奥泰科技有限公司聚苯乙烯。

1.3.2 红外光谱（FTIR）分析

采用溴化钾（KBr）压片涂膜法，使用傅里叶变换红外光谱仪测定待测聚合物样品，根据其红外谱图推断其结构。

1.3.3 接触角测试

将待测聚合物样品溶于氯仿（CHCl₃）中，流延成膜在载玻片上。然后，将载玻片水平放置在接触角分析仪平台上，用微量注射剂将二次蒸馏水滴在待测聚合物样品膜上，然后迅速观察其接触角的大小。

2 结果与分析

2.1 熔融挤出后PLA的分子量及分子量分布表征

PLA经熔融挤出后的重均分子量（MW）、数均分子量（Mn）及多分散性指数（MW/Mn）见表1。观察数据可知，经过9次熔融挤出后，PLA的分子量基本达到恒定。

表1 挤出次数对聚乳酸的重均分子量和数均分子量影响

2.2 红外分析

如图1所示，在2 880 cm-1附近为-CH2-特征峰，对比纯PLA（A线），产品中出现了PEG的-CH2-特征峰（B线箭头处），由此可以断定聚乳酸与聚乙二醇发生化学反应，得到了PLA-PEG共聚物。

图1 PLA与PLA-PEG共聚物红外光谱分析

如图2所示，对比纯PE（A线），复合材料在1 760 cm-1附近均出现羰基特征吸收峰且峰强度基本相同，说明PLA-PEG共聚物在PE材料中的分布较均匀（B、C、D线）。

图2 复合材料红外光谱分析

2.3 接触角测试分析

从图3可见，引入PEG链段使PLA的亲水性得到了明显的改善，接触角由共聚前的110.0°降为共聚后的70.5°。

图3 添加PEG对PLA接触角的影响

从图4可见，加入PLA-PEG使PE的亲水性得到了改善，接触角由115.0°降为95.0°。

图4 添加10%PLA-PEG对PE接触角的影响

3 结论

本研究通过螺杆降解法成功制备了低分子量聚乳酸；将低分子量聚乳酸与聚乙二醇共聚制得具有两亲性的共聚物，PEG链段的引入使PLA亲水性得到明显改善，接触角由110.0°降为70.5°；PLA-PEG共聚物可以改善PE塑料亲水性，接触角由115.0°降为95.0°。研究结果表明，PLA-PEG共聚物在PE基体中可以作为一种内添型抗静电剂，但其抗静电性能有待进一步深入探索，在高分子永久型抗静电剂方面有广阔前景。