聚乙二醇改性聚乳酸／乙酰柠檬酸三丁酯复合薄膜的结构及性能
西北师范大学生命科学学院 杨晓宇 任欢欢 黄玉龙
摘 要：以聚乳酸（ＰＬＡ）为基材、乙酰柠檬酸三丁酯（ＡTＢＣ）为增塑剂、聚乙二醇（ＰＥＧ）为增韧剂采用溶液共混法涂覆 制备ＰＬＡ复合薄膜。采用红外吸收光谱、热分析、Ｘ射线衍射、扫描电子显微镜及拉伸测试表征ＰＬＡ复合薄膜的结构 和性能。结果表明，适量的ＰＥＧ改性ＰＬＡ／ＡＴＢＣ复合薄膜后，使其拉伸强度从２９．５２ＭＰａ增加到３３．４０ＭＰａ，断裂伸 长率从２６２％增加到２９２％，薄膜的柔韧性得到增强；ＰＥＧ的端羟基与ＰＬＡ的羰基发生缔合反应形成氢键，提高了 ＰＬＡ／ＡＴＢＣ复合薄膜的热稳定性和结晶度；观察９０ｄ后的薄膜表面ＳＥＭ 图像，发现ＰＥＧ改性后的ＰＬＡ／ＡＴＢＣ复合 薄膜表面没有龟裂纹的产生，延长了其使用寿命；加入微量的爽滑剂乙撑双硬脂酰胺（ＥＢＳ）改善了ＰＬＡ复合薄膜的相 容性和加工性能。 关 键 词：聚乳酸；乙酰柠檬酸三丁酯；聚乙二醇；复合薄膜；拉伸性能 前言
ＰＬＡ是一种无毒害、可降解的高分子材料，用于医学、生物、环境保护等领域。ＰＬＡ出色的降解性、成膜性和良好的相容性，使其在短周期产品（包装 用膜、农用地膜、一次性餐具等）的应用上比传统塑料 具有更大的优势；但其质脆、韧性差、成本高等因素阻 碍了ＰＬＡ的推广应用。因此，为了克服以上缺点， 需要对ＰＬＡ进行改性来增加其柔韧性；在 ＰＬＡ 众多的改性方法中，共混改性是最简单和经济的改性方法之一。ＡＴＢＣ是一种环保型增塑剂，且与ＰＬＡ有较好的相容性，能显著增加ＰＬＡ 薄膜的柔性并保持良好的 透明性；但增塑后的ＰＬＡ薄膜在使用和储存过程中小 相对分子质量的增塑剂 ＡＴＢＣ易
发生迁移和集聚，导致ＰＬＡ薄膜重新变脆。ＰＥＧ是一种结晶的水 溶性聚合物且无毒、无刺激性；低相对分子质量的ＰＥＧ 是ＰＬＡ薄膜较好的增塑剂，而较高相对分子质量的 ＰＥＧ是ＰＬＡ 薄膜良好的增韧剂，可使改性后的ＰＬＡ 薄膜柔韧性得到增强；ＰＥＧ的端羟基易与电子受体基 团如羰基发生缔合反应形成氢键，另外还可与羧基进行酯化等反应。ＥＢＳ是一种无毒、性能稳定的 爽滑剂和扩散剂，在塑料改性中加入微量的 ＥＢＳ可以 使塑料的加工性能和脱膜性得到增强。迄今，国内外分别用 ＡＴＢＣ和ＰＥＧ 改性ＰＬＡ 薄膜的研究比较多， 但用 ＡＴＢＣ和ＰＥＧ共同改性ＰＬＡ薄膜的研究报道较 少；本文使用较高相对分子质量的ＰＥＧ来改性已增塑 ＰＬＡ薄膜，考察了其对已增塑ＰＬＡ薄膜的拉伸性能和 减缓增塑剂 ＡＴＢＣ的迁移、析出以及防止薄膜表面出 现龟裂纹等方面的影响作用。在 ＰＬＡ 复合薄膜中加 入微量的 ＥＢＳ可以使 ＡＴＢＣ和ＰＥＧ 在ＰＬＡ 基体中 的分散性得到增强，改善它们之间的相容性，提高薄膜 的拉伸和加工性能。 １ 实验部分 １．１ 主要原料
PLA，IngeoTM，美国 Nature Works公司； ATBC,LS-001深圳立山环保材料有限公司；
PEC，PEC-6000，韩国乐天集团；
EBC，PALMOWAX广州市全丰化工科技有限 公司；
三氯甲烷，分析纯，国药集团化学试剂有限公司； 无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。 1.2主要设备及仪器
真空干燥箱，DZF-6030A，上海一恒科技有限公司； 涂膜器，BEVS 1806/100，广州市盛华实业有限公司；
研磨仪，JXFSPRP-24，上海净信实业发展有限 公司； 集热式搅拌器，DF-101S，江苏科析仪器有限公司； 万能力学试验机，Instron3340，美 国 英 斯 特 朗 公司；
傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），NICOLET， 美国赛默飞世尔科技公司； 热重分析仪（ＴＧ），Pyris Diamond TG/DTA，美国珀金-埃尔公司； 差示扫描量热仪（DSC），STA449C，德国耐驰公司； Ｘ射线衍射仪（XRD），D/max-2400，日本理学公司；
扫描电子显微镜（SEM），ULTRA PLUS，德国卡尔·蔡司股份公司。 1.3样品制备
原料干燥：将PLA 颗粒在80 ℃真空干燥箱中干 燥12h除去水分，PEG和EBS在60℃真空干燥箱中 干燥８ｈ除去水分；溶剂的配备：实验所用溶剂按体积比三氯甲烷∶ 无水乙醇＝99:1混合而成；
PLA复合薄膜的制备：（1）制备纯PLA薄膜：将配 好的混合溶剂加入到密闭的平底烧瓶中，秤取干燥过 的ＰＬＡ颗粒加入到混合溶剂中，然后水浴恒温磁力搅 拌３ｈ，水浴温度２５℃，搅拌速率5000ｒ/h；待ＰＬＡ颗 粒完全溶于混合溶剂后，用涂膜器在玻璃板上单向涂 膜，然后置通风橱内挥发溶剂，待６ｈ后取膜、保存；
（2）制备ＰＬＡ／ＡＴＢＣ复合薄膜：将 PLA 和 ATBC按 照100/20、100/25、
100/30、100/35、100/40的质量配 比加入到混合溶剂中搅伴溶解，制膜步骤同（1）；
对5组 配方的薄膜制样后进行拉伸性能测试，根据测试结果 选取拉伸性能最优的ＰＬＡ 复合薄膜配方进行下一步 的改性实验；（３）制备PLA／ATBC／PEC复合薄膜：将 PLA、ATBC和 PEC按照100/35/1.25、100/35/2.5、 100/35/3.75、100/35/5、100/35/6.25的质量配比加入 到混合溶剂中搅拌溶解，制膜步骤同（１），筛选最优配方方法同（２）；