pla共混薄膜材料的制備及性能研究

pla共混薄膜材料的制備及性能研究

聚乳液（pla）是一種新型的可分解劑材料。與傳統(tǒng)的石油基塑料相比，它具有低碳和環(huán)保、對人體沒有傷害等優(yōu)點。通過吹塑成型的方法可以制得高強度、高光澤度和透明度的生物降解薄膜,在包裝領域和農用膜領域有極大的應用前景,但未經改性的聚乳酸也存在斷裂伸長率低、韌性較差及成本高等缺陷,影響了其在包裝和農用膜領域的應用。為了改善PLA薄膜的缺陷,拓展其應用空間,常用的改性方法有增韌改性、共混改性和共聚改性。其中共混改性是一種經濟高效的方法。PLA可以和彈性體、韌性好的聚合物、填料或增塑劑共混。吳智華等通過熔融共混改性方法制備了聚乳酸吹塑薄膜,探討了聚乳酸增韌和柔性改性的方法和機理。本文采用雙螺桿擠出共混法,將PLA、超細Talc及ATBC熔融共混制備生物降解粒料,并通過吹塑成型的方法成功制備了超細Talc填充的PLA共混薄膜。其中超細Talc無機填料既降低了PLA薄膜的成本,又可改善PLA薄膜的開口性、力學性能、結晶性能及穩(wěn)定性,而增塑劑ATBC的加入可以改善PLA薄膜斷裂伸長率低、韌性較差的缺陷。本文在成功制備PLA共混薄膜的基礎上研究了不同用量的超細Talc填料對PLA薄膜材料的旋轉扭矩、力學性能、穩(wěn)定性及結晶形態(tài)的影響。1實驗部分1.1主要原材料PLA:4032D,美國NatureWorks公司;ATBC:江蘇雷蒙化工有限公司;超細滑石粉:7800目,海城精華礦產有限公司。1.2f-6050型雙螺桿擠出機:SHJ-30,南京杰恩特機電有限公司;真空干燥箱:DZF-6050型,上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;電子拉力機:CMT4304,深圳新三思公司;轉矩流變儀:RM-400B,哈爾濱哈普電器技術有限責任公司;熱臺偏光顯微鏡:XPR-500C,上海蔡康光學儀器有限公司。1.3造粒制作與成型膜成型將PLA及超細Talc在80℃下真空干燥箱干燥10h。然后將PLA、ATBC、超細Talc按一定質量比稱量且混合均勻,經雙螺桿擠出機熔融共混擠出造粒并吹塑成膜。擠出機螺桿各段溫度分別為(從加料口到機頭,下同):120、160、170、175、170、165、160℃,螺桿轉速為250r/min;吹膜機螺桿溫度分別為:130、150、160、170℃,螺桿轉速為60r/min。吹塑薄膜室溫下放置24h后在制樣機上制成標準測試樣條。1.4材料拉伸性能測試旋轉扭矩測試:將按比例配好的總重為70g的原料加入密煉器中進行混煉,記錄混煉時間與扭矩變化曲線。按照GB/T1040—1992測試樣品的拉伸性能,拉伸速率為50mm/min;按照QB/T1130—1991測試樣品的直角撕裂強度,拉伸速率為200mm/min;增塑劑遷移率測試:將填充PLA薄膜切成很小的碎片,放入表面皿中,置于普通烘箱中(溫度為60℃),每隔2h取出稱量一次,遷移率按公式計算:M=[(m0-m)/m0]×100%式中,M-增塑劑損失百分數,%;m0-薄膜原始質量,g,m-薄膜烘后質量,g。結晶形態(tài)觀察:先將少量試樣放于載玻片上,然后將其置于熱臺偏光顯微鏡的熱臺上升溫至185℃;待試樣完全熔融后蓋上蓋玻片,輕輕施壓將熔體展開成膜,然后迅速將溫度降至125℃,觀察其在該溫度下球晶的生長情況并拍攝照片記錄其不同時間的結晶形態(tài)。2結果與討論2.1超細talc用量圖1為混煉溫度為180℃,轉子轉速為30r/min時PLA、ATBC及超細Talc共混料的扭矩變化曲線。由圖1b可見,a點為加載峰,其高低與轉子轉速大小和干混料的表觀密度有關,隨料溫升高逐漸接近混煉預設溫度,PLA軟化,空氣被排除轉矩減小到最小值,由于熱和剪切作用,PLA顆粒破碎,共混料從表面開始塑化,共混料黏度逐漸增加,轉矩迅速升高到b點,b點對應的峰為塑化峰,隨著塑化后共混料內部殘留空氣排除,共混料中各處溫度趨于一體,熔體結構逐漸均勻,轉矩逐漸降低達到相對穩(wěn)定值的平衡轉矩。溫度和轉速一定時,隨著超細Talc用量的增加,共混料的加載峰峰值和平衡扭矩逐漸下降。加載峰前的小峰是加料時物料顆粒對密煉器轉子的不平衡作用力造成的,對實驗結果沒有影響。2.2薄膜拉伸強度圖2為不同用量Talc的PLA共混薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率和缺口沖擊強度變化示意圖。由圖2可見,PLA共混薄膜的縱、橫向拉伸強度在超細Talc用量為2%時達最大,分別為46MPa、44MPa。隨著超細Talc用量增加,PLA共混薄膜縱、橫向拉伸強度逐漸變小,這可能是少量超細Talc在PLA中分散均勻,改善了體系的結晶性能,使分子間作用力增加,而較高用量的超細Talc在PLA中的分散性變差且增大了PLA分子鏈的距離,使得PLA分子鏈間的作用力變小的原因。PLA共混薄膜的縱、橫向斷裂伸長率隨超細Talc用量的增加先增后減,在超細Talc用量為5%時達最大,分別為355%、343%,這可能是因為適量的超細Talc在PLA分子間具有潤滑作用,使PLA分子鏈的運動變得容易,從而提高了薄膜的延展性;少量的超細Talc潤滑作用不明顯,而過多的超細Talc使PLA分子鏈的距離過大,分子間作用力太小,薄膜在較低拉力下就提前斷裂了。另外,PLA共混薄膜的直角撕裂強度隨超細Talc用量的增加變化不大。2.3薄膜的遷移移率圖3為不同含量Talc的PLA共混薄膜60℃時增塑劑遷移率隨干燥時間的變化圖。由圖3可知,當增塑劑ATBC的用量一定時,PLA共混薄膜中增塑劑的遷移率在相同的干燥時間內隨超細Talc用量的增加而減少。這是因為超細Talc呈片狀結構,其在PLA基體中亦呈片狀排列,隨著其用量的增加,其在PLA薄膜材料內由小片連成大片,使薄膜體系內的增塑劑向外遷移逐漸困難,增塑劑遷移量越來越小,從而使PLA共混薄膜的質量失重率減小。另外,同一用量的超細Talc填充的PLA共混薄膜的增塑劑遷移率隨干燥時間的增加而增大,并且基本是前2h內快,隨后變緩,這遵守第一動力學守恒定律。2.4球晶的尺寸分布圖4為125℃時放大100倍的不同用量Talc的PLA共混薄膜的熱臺偏光顯微照片。從圖4a可以看到黑十字消光圖案,但其球晶尺寸不大,也不如純PLA黑十字那么明顯。這是由于在強結晶性PLA中添加了增塑劑,增塑劑在其中起到了異相成核作用使得球晶的尺寸變得較小。從圖4b～e可以看出,隨著超細Talc用量的增加,填充薄膜的球晶數目增加,尺寸逐漸減小并漸漸退化成小的亮點,黑十字消光現象逐漸模糊。這是由于超細Talc具有異相成核作用,隨著Talc用量的增加,晶核數目增加、結晶速率增大的原因。3talc的引入1)PLA共混薄膜材料的平衡扭矩隨