PLA/PVA复合材料的制备与性能

崔锋锋

(上海艾郎风电科技发展(集团)有限公司 技术部，上海 201301)

由于塑料材质较轻、防水、耐腐蚀、强度高等良好的综合性能而得到广泛使用，然而随意丢弃的塑料制品因为其极小可降解性而带来的“白色污染”给人们赖以生存环境极大破坏[1]。研究塑料共混物时在其中添加有机的小分子使其形成增强的复合材料，在其生产工艺与加工技术以及产品性能改进和系列化、功能化方面都取得了不错的进展[2]。

聚乳酸(PLA)由于具有良好的生物相容性和独特的可生物降解性能，实现在自然界中的循环，因此是应用前景广阔的生态环保材料。但其价格昂贵，因而目前国内PLA主要用于医用材料领域。而在医用领域，合成较为复杂的、效果较好的药物制剂以及合成可降解基因转移载体材料是目前国内外研究的热点[3]。其次，PLA的性脆、韧性和耐热性差的缺点很大程度上地限制了PLA产品的应用，所以必须对它进行增韧改性[4]。

为了克服PLA以上缺点，本研究拟用热塑性PVA对PLA进行增韧改性来制备PLA/PVA复合材料，并对复合材料的力学性能、加工流动性及微观形貌进行研究。热塑性PVA本身具有很好的韧性，并且原料易得，用其对PLA进行增韧改性，不仅能改善PLA的柔韧性，还能降低PLA的成本。

1 实验部分

1.1 原料与仪器设备

1.1.1 原料

表1 原料

1.1.2 仪器设备

表2 仪器设备

1.2 样品制备

图1 技术路线示意图

将PLA、热塑性PVA(原料配比如表3)于高混机中混合得到预混物，再把预混物在双螺杆挤出机中进行熔融挤出切粒(工艺路线如图1)，然后将粒料注塑成型得复合材料标准测试样品。

表3 样品配方

双螺杆机温度：一区165℃，二区170℃，三区185℃，四区185℃，五区185℃，机头170℃；注塑机温度：一区185℃，二区190℃，三区185℃，四区185 ℃。

1.3 性能测试

1.3.1 拉伸性能

按照GB/T100-1992执行，温度为25℃，湿度为50%，拉伸速率为50 mm/min。

1.3.2 样品冲击试验

按照GB/T1843-1996执行，温度为25℃，湿度为50%。

1.3.3 样品熔融指数测试

按照GB/T368-2000执行，温度185℃，砝码重量：5120 g。

1.3.4 样品SEM样品表面表征测试

将冲击断面真空喷金后，用SIGMA HD场发射扫描电子显微镜进行断面形貌观察。

2 结果与分析

2.1 拉伸性能结果及分析

图2是样品拉伸强度和断后伸长率的对比图。由图2可知，随着PVA含量的增加，样品的拉伸强度及断裂伸长率呈逐渐下降趋势。这可能是PLA与热塑性PVA的熔点相差大、PLA与热塑性PVA的相容性不佳的缘故。

图2 PVA含量对PVA/PLA复合材料拉伸性能的影响

2.2 冲击性能结果及分析

图3是样品冲击强度对比图。由图3可知，随着热塑性PVA含量的增加，样品的冲击强度呈先上升后下降的趋势，当热塑性PVA含量为8份时，复合材料的冲击强度最大，比纯PLA提高了近250%。这是因为当热塑性PVA含量小于8份时，其增加了PLA分子间作用力，提高了PLA分子的柔韧性，所以复合材料的冲击强度上升；当热塑性PVA含量大于8份后，因其与PLA相容性不加，复合材料的冲击强度反而下降。

图3 PVA含量对PVA/PLA复合材料冲击强度的影响

2.3 熔融指数结果及分析

图4是样品熔融指数对比图。由图4可知，随着PVA含量的增加，样品的熔融指数先逐渐上升再下降，当PVA所占份数为16时，熔融指数最大，即流动性最好。这是因为热塑性PVA含量低于16份时，其主要起到增大PLA分子间距的作用，所以复合材料的熔体流动速率增加，当热塑性PVA含量大于16份后，可能PLA与PVA分子上的羟基发生了脱水反应，分子间部分交联，复合材料的熔体流动速率反而下降。

图4 PVA含量对PVA/PLA复合材料熔融指数的影响

2.4 SEM样品表面表征分析

(a) 1号样，(b) 2号样，(c) 3号样，(d) 4号样，(e) 5号样，(f) 6号样

图5为样品冲击断面的电镜照片。由图5a可知，纯PLA的冲击断面较平整，这是脆断所致；由图5b～f可知，随着热塑性PVA含量的增加，样品冲击断面出现的因热塑性PVA脱落产生的孔越来越多、越来越大，这说明PLA与PVA的相容性不佳。

3 结论

热塑性PVA的引入增加了PLA/PVA复合材料的柔韧性，提高了复合材料的加工流动性，当热塑性PVA含量分别为8份、16份时，复合材料的冲击强度及熔体流动速率值最大，比纯PLA分别提高了250%、400%。但由于PLA与热塑性PVA的相容性不佳，导致PLA/PVA复合材料的拉伸强度及断裂伸长率下降。