郑培晓１，胡焯郎１，李旭明１，张鹏飞２
（１．绍兴文理学院纺织服装学院，浙江绍兴３１２０００；２．陕西出入境检验检疫局，陕西西安７１００００）
【摘要】针对聚乳酸韧性差的特点，通过熔融共混的方法，以尼龙弹性体（ＰＡＥ）增韧ＰＬＡ。ＳＥＭ测试、ＤＳＣ测试和强伸度测试分别表明ＰＡＥ均匀地分散在ＰＬＡ基体中，ＰＡＥ起异质成核剂作用，加速了ＰＬＡ的结晶。同时，ＰＡＥ的引入大大提高了ＰＬＡ的韧性。
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关键词 聚乳酸（ＰＬＡ）；尼龙弹性体（ＰＡＥ）；增韧
Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2015.04.010
中图分类号：TQ320．61文献标识码：A文章编号：2095-0101（2015）04-0033-02
聚乳酸（ＰＬＡ）是一种具有资源可再生、生物可降解和生物相容性好的聚酯，可热塑加工，其强度和模量高，可加工成板材、膜和纤维等不同结构形式的材料，具有广阔的应用前景［１～２］。然而，ＰＬＡ是一种脆性材料，其断裂伸长率仅为５％，限制了其应用，因此要对其进行增韧改性，材料研究者们对此做了大量的工作［３～５］，其中，共混是一种最简便和成本最低的方法，本项目以尼龙弹性体（ＰＡＥ）去增韧ＰＬＡ，不但大大提高了ＰＬＡ的韧性，还保持了共混物的强度。
１实验部分
１．１实验原料
纤维级聚乳酸粉末（深圳光华伟业实业有限公司），粘均分子量实测为５７６３２，含水率为０．４％，熔点为１７１．１２℃。尼龙弹性体（ＰＡＥ）。
１．２复合材料制备
按照ＰＬＡ/ＰＡＥ混合比１００/０、９５/５、９０/１０、８０/２０、７０/３０和０/１００，分别称取一定量的ＰＬＡ和ＰＡＥ，然后在６０℃烘箱中干燥６ｈ，干燥后取出试样并按比例均匀混合。用小钥匙将混合物均匀匀速喂入微量混合流变机（ＨａｋｋｅｍｉｎｉＬａｂＩＩ，Ｔｈｅｒｍｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）上端的进口，然后挤出，其中加热段为温度２００℃左右，机头温度２２０℃，将熔融挤出的试验干燥，切成小小的颗粒，最后用注塑机（ＨａｋｋｅｍｉｎｉＪｅｔＰｒｏ，Ｔｈｅｒｍｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）注塑成标准样条，其中注射机料筒的温度为２００℃，压力为７００Ｎ，时间为１０s，模温为２0℃。
１．３ＤＳＣ测试
利用差示热量扫描仪（ＤＳＣＩ，ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）对复合材料的热学性能和结晶性能进行测试，升温速率为１０℃/ｍｉｎ。
１．４ＳＥＭ测试
利用扫描电子显微镜（ＳＮＧ－３０００型，韩国ＳＥＣ．ＣＯ．ＬＴＤ）对复合材料断面形态进行观察，分析各种材料分布情况。
１．５强伸性能测试
利用电子织物强力仪（ＹＧ０６５Ｈ型，莱州市电子仪器有限公司）对复合材料的拉伸断裂性能进行测试。
２结果与分析
２．１非等温结晶和熔融行为
图１（ａ）为ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物及其对应的纯聚合物的熔体以１０℃/ｍｉｎ降温的ＤＳＣ曲线。由图１可知，纯ＰＡＥ中聚醚嵌段（ＰＥ）的熔融结晶温度Ｔｍｃ（ＰＥ）高于ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物中的Ｔｍｃ（ＰＥ）（见表１），这表明共混物中ＰＡＥ组分的ＰＥ嵌段的熔融结晶受到了ＰＬＡ组分的限制作用。
图１（ｂ）为ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物及其对应的纯聚合物以５℃/ｍｉｎ加热的第二次升温曲线，对应的特征温度列于表１中。由图１（ｂ）和表１可知，ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物中ＰＥ嵌段的熔融温度Ｔｍ（ＰＥ）比纯ＰＡＥ中的Ｔｍ（ＰＥ）高。一般而言，结晶温度越高，分子链的运动越容易，片晶堆砌得越厚，熔点将会越高。这里，ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物的Ｔｍｃ（ＰＥ）较纯ＰＡＥ的低，因此，ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物的Ｔｍ（ＰＥ）应该较纯ＰＡＥ的Ｔｍ（ＰＥ）低，而事实上，ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物的Ｔｍ（ＰＥ）较纯ＰＡＥ的Ｔｍ（ＰＥ）高。可能的原因为，ＰＥ嵌段的熔融温度较ＰＬＡ的玻璃化转变温度低，在ＰＥ嵌段熔融的过程中，无定形的ＰＬＡ处于玻璃态，刚性的无定形ＰＬＡ围绕在ＰＥ晶体的周围，抑制了共混物中ＰＥ嵌段晶体的熔融，而纯ＰＡＥ中ＰＥ嵌段在一个相对自由的状态下熔融，因此，ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物的Ｔｍ（ＰＥ）较纯ＰＡＥ的Ｔｍ（ＰＥ）高。另外，由图１（ｂ）和表１可看出，共混物中ＰＬＡ组分的冷结晶温度低于纯ＰＬＡ的冷结晶温度，这表明ＰＡＥ在ＰＬＡ中起成核剂作用，使得ＰＬＡ的结晶变得更容易。然而，图１（ｂ）和表１表明ＰＬＡ组分的玻璃化转变温度和熔融温度几乎没有变化。
２．２ＳＥＭ分析
图２为ＰＡＥ/ＰＬＡ共混物的ＳＥＭ图。图２表明，ＰＡＥ均匀地分散在ＰＬＡ基体中，ＰＬＡ和ＰＡＥ间的相容性差；随着ＰＡＥ含量的增加，分散相的尺寸逐渐增加，分散相的尺寸为４～６?滋ｍ。另外，ＰＬＡ和ＰＡＥ间的界面较模糊，说明了ＰＡＥ和ＰＬＡ间存在微弱的相互作用。
２．３力学性能
图３为ＰＬＡ和ＰＬＡ/ＰＡＥ共混材料拉伸过程的应力—应变曲线。应力—应变行为可以直观地反映材料的脆韧情况。ＰＬＡ的应力—应变曲线表明ＰＬＡ是一种典型的脆性材料，没有屈服就发生断裂，并且断裂伸长率很小。加入ＰＡＥ后，共混材料均为韧性断裂，且韧性明显得到增强。在ＰＡＥ含量较低时（５％和１０％），共混材料的强力要比纯ＰＬＡ的有所增大。随着ＰＡＥ含量的增大，共混材料的强力逐渐下降，弹性模量也逐渐下降。当ＰＬＡ/ＰＡＥ质量比例为９０/１０时，共混材料的断裂伸长率达到最大值６０％，当ＰＬＡ/ＰＡＥ含量为９５/５和８０/２０时，断裂伸长率也可达到２０％。
３结语
项目以尼龙弹性体（ＰＡＥ）去增韧ＰＬＡ，不但大大提高了ＰＬＡ的韧性，还保持了共混物的强度。另外，还用ＤＳＣ和ＳＥＭ研究了ＰＬＡ/ＰＡＥ共混物的相容性、相形态和结晶行为，以探究ＰＡＥ增韧ＰＬＡ的机理。结果表明：ＰＬＡ和ＰＡＥ几乎不相容，但它们之间存在弱的相互作用，微米级的ＰＡＥ均匀地分散在ＰＬＡ基体中，随着ＰＡＥ含量的增加，分散相的尺寸逐渐增加，从４?滋ｍ增加到６?滋ｍ。随着ＰＡＥ含量的增加，ＰＡＥ起异质成核剂作用，加速了ＰＬＡ的结晶，共混体系中ＰＬＡ组分的结晶度逐渐增加。同时，ＰＡＥ的引入大大提高了ＰＬＡ的韧性。
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