不同含量AT对聚乳酸复合材料的影响

酒巧娜，卢玉献

(1.兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060；2.武汉兴天宇环境工程有限公司，湖北 武汉 430074)

不同含量AT对聚乳酸复合材料的影响

酒巧娜1，卢玉献2

(1.兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060；2.武汉兴天宇环境工程有限公司，湖北 武汉 430074)

以凹凸棒石黏土(简称：AT)、聚乳酸(简称：PLA)为原料，制备出一种PLA/AT新型复合材料。考察了不同AT含量对这种复合材料性能的影响。结果表明：凹凸棒石黏土最佳填充量为1.5%左右时这种复合材料的耐热性能、力学性能最佳。

聚乳酸；凹凸棒石黏土；耐热性能；力学性能

随着经济的发展，人们对各种材料的品质提出了更高的要求，而高分子材料因其具有其它材料所不具备的性能，质量轻，密度小，优良的力学性能，较好的绝缘性能，隔热性能，光学性能等[1-3]而受到人们的广泛关注，特别是高速发展的今天，作为四大材料之一的高分子材料在社会上的应用越来越广，其需求也越来越大，随之带来的环境问题也日益严重。而聚乳酸(PLA)聚乳酸是一种热塑性脂肪族聚酯，可以生物资源为原料，如可再生的植物资源玉米所提出的淀粉原料制成，淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸，摆脱了对石油等化工原料的依赖，大大减少了环境污染，是目前公认的一种可完全降解的优良塑料材料[4-5]。聚乳酸在使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，对保护环境非常有利，是走资源循环与节约型社会的重要而必需的新材料。但聚乳酸比较脆，抗冲击性差、气体阻隔性差、加工时热稳定性差[6-7]。为了改善聚乳酸的性能，提高聚乳酸的应用范围，人们通过不同的方法对其进行复合改性，以提高其综合性能。目前对聚乳酸的改性一般有以下3个方面[8-9]：⑴ 改善合成工艺，合成更大分子量的聚乳酸；⑵无机∕聚乳酸复合材料；⑶聚合物共混∕共聚改性。而无机材料凹凸棒黏土具有独特的一维棒状结构，这种纤维状结构具有优异的补强性能，较好的吸附性能，且凹凸棒黏土表面具有大量羟基有利于表面改性，是种很有潜力的一维增强材料，填充到高聚物中可以起到很好的增强、补韧作用[10-11]凹凸棒石黏土在我国的分布及储量居世界首位，其价格较为便宜，给其提供了便捷有利的开发条件。因此将凹凸棒黏土添加到聚乳酸中，改善其缺点具有较高的研究意义。

本研究以聚乳酸、凹凸棒石黏土为原料，采用融共混法[12]制备出了PLA/ AT这种新型复合材料。考察了不同含量AT对PLA/AT复合材料的热重、力学性能与热变形温度的影响。

1 试验部分

1.1 实验试剂及仪器

聚乳酸(2002D)，美国Natureworks公司；凹凸棒石黏土(JC-J503)，江苏玖川纳米科技有限公司；氢氧化钠(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；盐酸(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。

Haake MiniLab，德国的Haake公司；Haake MiniJet，德国的Haake公司；S-3000N型扫描电子显微镜，日本日立公司； JC-25D电子冲击机，承德精密试验机有限公司；Diamond DSC，PerkinELmer；CMT-4303微机控制电子万能试验机，美斯特工业系统(中国)有限公司；SWB-300C/D负荷热变形温度测定仪，上海斯尔达科学仪器有限公司；STA 409 PC同步热分析仪，耐持仪器(上海)有限公司；SX2-8-10电阻炉，上海意丰电炉有限公司；。RJ-LDL-50A，低速立式大容量离心机。

1.2 实验过程

1.2.1 凹凸棒石黏土的预处理

称取一定质量的纯化凹凸棒石黏土，用3 mol/L的Hcl浸泡12h，用去离子水洗涤至pH值=6；再称取相同质量的凹土用2.5 mol/L的NaOH溶液浸泡48h，用去离子水洗涤至pH值为8～9，最后将处理过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细待用。

1.2.2 聚乳酸∕凹凸棒石黏土复合材料的制备

称取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为0%，0.5%、1.5%、3.0%。将其搅拌均匀，在设定的温度、转速等条件下于微型双螺杆挤出机中熔融共混一段时间，在与之相连的微型注塑机(MiniJet)中注塑成型。

2 结果与讨论

2.1 TGA分析

图1 不同含量AT的PLA/AT复合材料TGA曲线Fig.1 the PLA/AT composites TGA curve with Different contents of AT

从图1可以看出，加入一定量的AT，对起始降解温度影响不大，随着 AT的加入在一定程度上提高PLA的耐热性能，且当AT加入到一定含量时，其耐热性能将不再变化。

图2 不同含量AT的PLA/AT复合材料力学性能曲线

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

2.2 力学性能表征

从图2可以发现，随着凹土含量的增加，复合材料的冲击强度及断裂伸长率皆表现为先增大后减少的趋势，但达到最高点时的凹土含量有所不同。这是因为凹凸棒石黏土具有独特的一维棒状结构，在一定程度上向高聚物中添加的凹凸棒石黏土，不仅起到了成核剂的作用而且起到了补强、增韧的作用，提高了结晶了速率，从而改变了聚合物的性能。但随着凹土含量的增加，就会破坏聚乳酸基材的结构，导致各项性能下降，综合各因素得出如下结论：当凹凸棒石黏土含量为1%～2%为宜。

2.3 热变形温度测定

图3 不同含量AT的PLA/AT复合材料的热变形温度Fig.3 The thermal deformation temperature of the PLA/AT composites with different content of AT

由图3可以得出，AT的加入对共混体系维卡软化点的影响很大，尤其AT的加入量在0.25%～1.5%之间，不过当AT的加入量超过1.5%后，PLA/AT复合材料的维卡软化温度的变化不再如刚开始那么明显。这是因为当加入到一定量后，AT后起到了刚性骨架的作用，在一定程度上提高了材料的耐热能力，且随着AT含量的增加，材料的维卡软化温度越来越接近于AT的维卡软化温度。

3 结论

通过考察不同含量AT对PLA/AT复合材料的热重、力学性能与热变形温度的影响，结果发现：AT的加入在一定程度上提高了PLA的耐热性能，但AT加入到一定含量时，其耐热性能将不再变化；随着凹土含量的增加，复合材料的冲击强度及断裂伸长率先增大后减少的趋势，当凹凸棒石黏土含量为1%～2%为宜；AT的加入量在0.25%～1.5%之间时对PLA/AT复合材料的维卡软化点的影响很大，当AT的加入量超过1.5%后，PLA/AT复合材料的维卡软化温度的变化不再明显。综合各项性能指标，凹凸棒石黏土作为填料在聚乳酸∕凹凸棒石黏土复合材料的凹凸棒石黏土最佳填充量为1.5%左右时，PLA/AT复合材料表现出优越的特性。

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(本文文献格式：酒巧娜，卢玉献.不同含量AT对聚乳酸复合材料的影响[J].山东化工，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，讲师，硕士,主要从事添加剂的研究。

TQ327.8

A

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