斷裂伸長率低？沖擊強(qiáng)度低？如何高效改進(jìn)該生物基塑料的性能？

  由乳酸制成的聚乳酸（PLA）在過去十年里已成為包裝行業(yè)一種成熟的生物基 塑料。然而，盡管它們在市場上被廣為接受，但其低斷裂伸長率和低沖擊強(qiáng)度仍阻礙了其得到更廣泛的應(yīng)用。若要使PLA適用于柔性包裝薄膜的生產(chǎn)，則需對其進(jìn)行改性來匹配LDPE（低密度聚乙烯）等典型薄膜材料的性能（圖1）。增塑PLA化合物擁有這種改進(jìn)的性能。但是，這些化合物的問題之一是大多數(shù)增塑劑都具有遷移趨勢。這就是它們未能大舉進(jìn)入市場的原因。對它們來說，各種多元醇已被證明對PLA起到增塑作用。但是，此類多元醇在二元共混物中表現(xiàn)出了復(fù)雜的遷移和結(jié)晶行為，因此嚴(yán)重限制了后者的應(yīng)用范圍。在開發(fā)PLA共聚物的過程中，SoBiCo GmbH公司采取了不同的方法：他們將多元醇和PLA共聚物中的多元醇牢固地共價(jià)鍵合到聚合物上（圖2）。該方法不僅可以防止多元醇遷移，而且使PLA分子鏈更具流動性。SoBiCo目前正在推出名為Plactid的共聚物。

從堅(jiān)硬的PLA類材料到性能堪比LDPE的材料，改變多元醇含量能夠大幅度調(diào)整它們的性能。10%和20%的多元醇含量能使斷裂伸長率提高到100%-400%，而剛度則降至2000-200N/mm2（圖3）。

PLA和PLA共聚物中聚合物鏈流動性的增加也對材料的結(jié)晶趨勢產(chǎn)生了重大影響。PLA的結(jié)晶速度很慢，所需溫度窗口較窄，約為100°C。相較之下，PLA共聚物的結(jié)晶速度更快，并且不易受理想結(jié)晶溫度偏差的影響。這一點(diǎn)可通過比較不同多元醇含量的PLA和PLA共聚物的結(jié)晶半衰期來說明，其值通過等溫DSC（差示掃描量熱法）測定（圖4）。例如，多元醇含量僅為13%時(shí)，結(jié)晶半衰期縮短過半，結(jié)晶溫度窗口拓寬至20°C，并且沒有明顯延遲。

溫度誘導(dǎo)結(jié)晶（可能需要長時(shí)間加熱）的替代方法是通過定向拉伸來誘導(dǎo)PLA共聚物結(jié)晶。拉伸誘導(dǎo)結(jié)晶受溫度的影響要小得多。在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的條件下，兩倍的拉伸因子即可引起PLA共聚物的大量結(jié)晶，并且拉伸強(qiáng)度隨之增加。這種方法帶來了更多的可能性，特別是在單向或雙向拉伸的情況下，柔性薄膜兼具高斷裂伸長率和高強(qiáng)度。

   乳酸有兩種對映異構(gòu)體（L型和D型乳酸），因此PLA具有形成立構(gòu)復(fù)合物的可能，前提是不同的聚合物由純L型和D型對映異構(gòu)體（分別為PLLA和PDLA）生成。因?yàn)樗鼈兊娜廴跍囟雀叱黾s40°C，所以這種立構(gòu)復(fù)合物使PLA能夠在更高的溫度條件下進(jìn)行應(yīng)用。通過結(jié)合由L型和D型對映異構(gòu)體生成的PLA共聚物以及雙向拉伸薄膜技術(shù)，它們將為生物塑料在薄膜生產(chǎn)中的應(yīng)用開辟全新的市場。現(xiàn)有的多元醇系列還提供了多種開發(fā)可能性，例如：支鏈型多元醇可用于生成具有更高拉伸粘度的牌號。

生物聚合物PLA的耐熱性低，幾乎不結(jié)晶，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為60°C。此外，PLA所需加工窗口窄，位于180-200°C之間，并且受限于約170°C的熔融溫度和200°C的初始熱損傷。PLA共聚物提供了多種改變這種典型特性的方法。由于其結(jié)晶速度要快得多，因此使用溫度不僅僅由玻璃化轉(zhuǎn)變溫度決定。高結(jié)晶度使其可以在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的條件下使用。當(dāng)被用作柔性薄膜材料時(shí)，該聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)低于使用溫度。如果是PLA多元醇共聚物，純PLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（55-60°C）可以在多元醇的幫助下顯著降低。例如，多元醇含量為20%的Plactid共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅為20°C。

如前所述，單獨(dú)的純PLLA和PDLA聚合物的立構(gòu)復(fù)合晶體具有更高的熔融溫度。PLA聚合物的情況正好相反，其L成分和D成分都包含在一個(gè)單分子（PLDLA）中。它們的熔點(diǎn)以及加工溫度范圍都可以降低。例如，PLDLA中4%的D成分可使熔融溫度降低約16°C。但是，當(dāng)聚合物鏈中的D成分超過約10%時(shí)，PLA將失去結(jié)晶能力。PLA多元醇共聚物在這方面表現(xiàn)出了不同的行為。例如，SoBiCo公司成功地將12%的D成分（用丙交酯總量表示）摻入由非晶態(tài)多元醇（多元醇含量：45%）和PLA組成的共聚物中，從而將熔點(diǎn)溫度降至120°C（表1，共聚物2。同時(shí)，盡管D成分含量高，但因PLA序列所致，該共聚物的熔化焓為12 J/g。

除了材料本身，SoBiCo還成功開發(fā)了一種基于擠出機(jī)反應(yīng)性復(fù)合的經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)工藝。它結(jié)合了兩個(gè)通常單獨(dú)進(jìn)行的工藝步驟：聚合物的化學(xué)合成和基于此類聚合物的化合物的生產(chǎn)。SoBiCo開發(fā)的這一集成工藝包括聚合、殘余單體提取和復(fù)合。首條生產(chǎn)線產(chǎn)能為2000t/a，計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)至10000t/a。除了在生產(chǎn)開始時(shí)將應(yīng)用集中在包裝領(lǐng)域，SoBiCo還計(jì)劃通過擠壓成型和注塑成型快速建立廣泛的材料組合。Plactid共聚物產(chǎn)品組合將通過最新的Lacto產(chǎn)品系列（Lactofix、Lactoflex和Lactobatch）進(jìn)行補(bǔ)充，它們可用于對傳統(tǒng)PLA進(jìn)行改性。

   電子拉力試驗(yàn)機(jī)，設(shè)備適用于塑料薄膜、復(fù)合膜、軟質(zhì)包裝材料、膠粘劑、膠粘帶、不干膠、橡膠、紙張、塑鋁板、漆包線、無紡布、紡織品、 防水材料、三角帶等產(chǎn)品進(jìn)行拉伸性能測試。

  還可實(shí)現(xiàn) 180 度剝 離、90 度剝離強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度、定力伸長。定伸力長值等試驗(yàn)；拉伸空間(可定制)桌上型，選配噴墨打印機(jī)。

  改變儀器的配置可廣泛適用于其它材料的測量 ，如紙張、化纖、金屬絲、金屬箔等。測量薄膜抗張力、抗張強(qiáng)度、伸長率、裂斷長、抗張能量吸收、抗張指數(shù)、抗張能量吸收指數(shù) ，特別是能感測微小量值。測量鋁箔、鋁塑帶抗張力、抗張強(qiáng)度、剝 離強(qiáng)度及延伸率。

   測量塑料薄膜拉伸強(qiáng)度、伸長率及拉伸彈性模量。測量食品包袋熱封強(qiáng)度、 抗張強(qiáng)度及剝離強(qiáng)度。測量衛(wèi)生巾粘合強(qiáng)度、封邊強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度及伸長率。測量壓敏膠粘 帶剝離強(qiáng)度及抗張強(qiáng)度。測量合成纖維長絲斷裂強(qiáng)力及伸長率。測量拉鏈輕滑度。

備注： 購買以上設(shè)備須聯(lián)系我們，可根據(jù)客戶要求制作.

上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機(jī)、冷熱沖擊機(jī)、振動試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。經(jīng)驗(yàn)豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務(wù)于國內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測機(jī)構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實(shí)施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)。

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