摘 要

聚乳酸（PLA）是一种理想的环保的可生物降解的高分子材料，具有优良的的生物相容性、可加工性能和较好的力学性能，因此受到人们广泛的研究和关注，因此他一般在生物医药学方面的应用比较广泛。但是聚乳酸本身也存在很多缺陷，包括耐热性能差，结晶速度慢等，从而限制了其应用范围。目前改善这种缺陷的方法主要有：添加成核剂或者退火处理。由于成核剂的种类对聚乳酸的结晶速度有不同的影响，但目前市场上还没有最好的成核剂而导致不能有效的满足工艺生产目的。因此将成核剂和退火处理结合起来，能够有效的提高PLA的耐热性能，以提高其热稳定性。

本文首先选取经过聚丁二酸丁二醇酯(PBS）作为 PLA 的添加剂，并选择出添加剂的最佳质量含量。利用差示扫描量热仪（DSC）、力学性能测试和维卡软化点测试考察了添加剂对PLA结晶及耐热性能的影响。

关键词：聚乳酸 聚丁二酸丁二醇酯(PBS）耐热性能 力学性能测试

STUDY oN THE HEAT RESISTANT oF PLA

Abstract

Polylactic acid (PLA) is an ideal environmentally friendly biodegradable polymer material with excellent biocompatibility, performance and good mechanical properties can be processed, so by the people of extensive research and attention, so he general application in biological aspects of medicine more widely accepted. However, polylactic acid itself also has many defects, including poor heat resistance, the crystallization speed is slow, thus limiting its scope of application. Currently improve this flawed methods are: add a nucleating agent or annealing. Due to the type of nucleating agents have different effects on the rate of crystallization of polylactic acid, but not the best on the market and lead to a nucleating agent can not effectively meet the technical production purposes. Therefore, nucleating agents and annealed together, can effectively improve the heat resistance of PLA in order to improve its thermal stability.

Firstly, selected through polybutylene succinate (PBS) as PLA additives and choose the best quality of the content of additives. Differential scanning calorimetry (DSC), mechanical testing and Vicat softening point test examines the effects of additives on PLA crystallization and heat resistance.

KEY WORDS : poly(lactic acid)；additive；heat resistance property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1 引言 1

1.2 生物降解材料概述 1

1.3 PLA的结构与性能特点 2

1.3.1 PLA的发展 2

1.3.2 PLA的结构 3

1.3.3 PLA的性能特点 4

1.4 PBS的结构与性能特点 4

1.4.1 PBS的结构 4

1.4.2 PBS的合成 5

1.4.3 PBS的性能特点 5

1.6 PLA的耐热改性 5

1.7 本论文研究内容 7

第二章实验部分 8

2.1 实验原料与仪器设备 8

2.2 实验流程 8

2.3 样品制备 9

2.3.1 熔融指数测试实验 9

2.3.2 密炼机熔融共混实验 9

2.3.3 退火处理 10

2.4 测试与表征 10

2.4.1 DSC测试 10

2.4.2 维卡软化点测试 10

2.4.3 力学性能测试 10

第三章实验结果及讨论 12

3.1 熔融指数测试实验结果 12

3.2 密炼机熔融共混实验结果 12

3.3 力学性能测试分析 12

3.4 维卡软化点测试 14

3.5 DSC测试结果分析 14

3.6 退火处理后的维卡软化点测试 15

第四章结论与展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 绪论

1.1 引言

近几年，高分子材料已经涉及到国民经济和人民生活的各个领域阶层，它在给百姓生活带来便利的同时，也伴随着严重的环境污染和能源危机问题，如：石油资源的大量消耗使用，白色污染日趋严重等。在生态和以“持续发展”为主题的社会，生物可降解的高分子材料由于他对生态环境污染小，所以受到了很多人的喜爱和青睐使用，从而成为了近几年科学家们研究的一大热潮主题。大分子且具有生物可降解特点的高分子材料指的是这些材料通过在大自然中的一些微生物，如：真菌、细菌，杆菌等作用下而使分子链发生降解，它可以在自然界中较短的时间内降解为无毒无害的小分子，不污染大气环境。PLA（聚乳酸）是一种高分子材料，属于聚类合物的一种，由于它具有生物可降解性能，所以其合成通过可再生的植物资源，如从玉米提炼出的淀粉或者一些植物秸秆等，它的作用大大的减少了人们对石油资源的过度使用，这种高分子材料可以分解产生的CO2和水，在进行光合作用下成为了生成淀粉的所需原料，我国一直不断坚持贯彻“可持续发展”的政策，此材料便完全符合了当今社会的主题和要求。所以，我们要一直有着坚持“可出续发展和保护生态环境”的意识在这种意识的基础上要不断的深入研究发展高分子材料在生产中的应用，尤其是聚乳酸材料，它的生物可降解性能以及有着优良的相容性对社会、对生态环境的保护都有着积极的作用^[7-9]。

PLA是一种无污染环保的理想高分子材料，具有很好的生物可降解性能以及生物相容性，并且其分子链能够被生物（如：生物酶、酸、碱等）所降解（体现出了它具有生物可降解性），因为它是一种环保材料，所以经常被工厂加工利用和应用。通过我国近几年的发展来看，PLA在医学上的应用越来越广泛，比如人骨头的修复改进、医药缓解病情，人们制造皮肤的材料以及开刀经常用到的缝合针线等应用，说明了PLA在生物医药学方面的应用越来越多，也愈来愈贴切我们生活，对人类的贡献也越来越大。这些应用说明PLA的深入研究以及发展变的更加有必要，它的意义也越来越大^[10]。

1.2 生物降解材料概述

生物可降解高分子材料是指这种材料在生物（如：生物酶、酸、碱等）或生物化学作用下使得材料的分子链发生了降解的材料，其主要应用在使用后难回收的领域，如食品材料的包装、医学治疗所需的用品材料等领域，这样可更多的减少对生态环境的破坏以及大气的污染。高分子领域中具有生物可降解性能的材料有三种（天然聚合物，微生物合成的聚合物以及化学合成的聚合物）而由微生物合成的高分子材料本身便具有生物可降解性能，它是以大自然中的聚合物为反应所需原料，经过各种成型工艺制作而成，一般以淀粉、纤维素以及甲壳素等为例子^[13]。这类材料的可加工性能较差,同时力学性能也需要改进，其耐水性能以及使用寿命短的缺陷，只能应用在条件要求比较低的环境中。这种由微生物合成的大分子材料是经过植物资源（如通过面粉大米可以得到淀粉等资源）所合成的，如PHB（其全称为：聚羟基丁酸酯）。此类聚合物的物理化学性能和生物可降解性较好，但是生产成品的代价较高，且生产规模受到了限制，目前只在高级领域的消费品中应用。通过化学合成的高分子聚合物的高分子材料中最值得人们去探索研究的属于脂肪族聚酯，这类可降解的材料有很多，最典型的几种有PLA（聚乳酸）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PCL(聚己内酯)^[14]。这其中的PLA是唯一一种以生物资源为原料的化学合成型高分子，且原料可以通过很多途径得到，同时具有优良的的生物相容性、可加工性能和较好的力学性能，因此受到人们广泛的研究和关注。

1.3 PLA的结构与性能特点

1.3.1 PLA的发展

早期的聚乳酸（PLA）的研究都是以研制医学所需用品的材料为目的而进行的。它的利用也逐渐变的广泛起来^[15]。1997年Dow公司和Cargill公司使PLA产品和技术逐渐得到完善成熟起来，最终使他完全变的商品化，而产品商品被命名为“Natureworks”，并向各个市场提供了大量的性能稳定且成本较低的PLA树脂使得材料PLA的应用更加广泛化。我国在在 2000年左右才开始研发 聚乳酸的生产工艺，其工业化生产起步相对其他国家较迟。随着聚乳酸产品的不断发展，越来越走向工业化，PLA将与其他通用塑料一样在各个领域都受到了人们广泛的青睐与接受，发展前景十分辉煌。

1.3.2 PLA的结构

PLA是一种有限可循环利用的理想高分子的材料，具有很大的应用空间和研究发展意义，不仅可以应用于生物医学用品材料的使用，还可以与碳氢类塑料一样应用于在卫生生活常用品、材料物品的包装等领域，目的是为了缓解环境以及大气污染的严重问题。这种材料本身的成本费用并不是很高，所以在市场上的竞争也较为激烈。它的结构式为: