PLLA/PDBI共混薄膜的热学、力学及阻隔性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.010

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (12): 60-65.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.010

PLLA/PDBI共混薄膜的热学、力学及阻隔性能研究

任思颖, 杜佳慧, 孙滔, 吴怡锋, 郭久实, 云雪艳()

内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018

收稿日期:2024-04-02 出版日期:2024-12-26 发布日期:2024-12-25
通讯作者: 云雪艳（1991—），女，副教授，从事食品保鲜与安全控制技术研究，yun _imau@163.com
E-mail:_imau@163.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(21965026);内蒙古自治区科技计划(2021GG0337);内蒙古自治区青年科技人才发展项目(创新团队NMGIRT2310)

Thermal， mechanical and barrier properties of PLLA/PDBI blend films

REN Siying, DU Jiahui, SUN Tao, WU Yifeng, GUO Jiushi, YUN Xueyan()

College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China

Received:2024-04-02 Online:2024-12-26 Published:2024-12-25
Contact: YUN Xueyan E-mail:_imau@163.com

摘要/Abstract

摘要：

将聚（衣康酸丁二醇酯）共聚物（PBI）引入到聚（D⁃乳酸）（PDLA）主链中，合成出聚（D⁃乳酸⁃衣康酸丁二酯）共聚物——PDBI，将聚（L⁃乳酸）（PLLA）和PDBI共混制备成不同比例的PLLA/PDBI薄膜。结果表明，随着共混比例的增加，总结晶度（X_total）呈现先增长后下降趋势，PLLA/50 %PDBI形成的立构复合结晶（SC结晶）最多，其X_total可达到9.12 %，熔点高达205 ℃，热学性能大大提高；断裂伸长率呈先增加后减少的趋势，拉伸强度和弹性模量都呈现出先降低再升高的趋势，PLLA/50 %PDBI的断裂伸长率和弹性模量分别为285.07 %、853.38 MPa；断裂伸长率高达275 %，扩大至PLLA的59倍，PDBI的21倍，使该聚乳酸基材料由脆性断裂转变为韧性断裂；共混薄膜的阻隔性能先增强后减弱，PLLA/50 %PDBI薄膜的O₂透过量为309.4 cm³·m²/d，具有良好的阻隔性；同时，PLLA/50 %PDBI的水接触角最大，可达78 °，材料表面疏水性良好。

关键词: 聚乳酸, 聚衣康酸丁二醇酯, 热学性能, 力学性能, 阻隔性能

Abstract:

Poly（lactic acid⁃co⁃glycolic acid butylenediyl ester）（PDBI） was synthesized by incorporating poly（butylene glycol itaconate）（PBI） into the main chains of poly（D⁃lactic acid）（PDLA）， and then the PLLA/PDBI blend films were prepared by melt blending the as⁃synthesized PDBI with poly （L⁃lactic acid）（PLLA） at different mass ratios. The results indicated that the total crystallinity degree of the blend films presented an increasing trend at first and then decreased with an increase in the mass ratio of PDBI to PLLA， and the most cubic composite crystals were formed at a PDBI/PLLA mass ratio of 1/1. At such a mass ratio， the blend films obtained a total crystallinity degree of 9.12 % with a melting point as high as 205 ℃， and their thermal properties were greatly improved. The elongation at break of the blend films exhibited an increasing trend at first and then decreased with an increase in the mass ratio of PDBI to PLLA， whereas their tensile strength and Young's modulus presented an opposite trend. The PDBI/PLLA blend film at a mass ratio of 1/1 presented a Young's modulus of 853.38 MPa and elongation at break of 285.07 %. There was no change in the tensile strength； however， its elongation at break was 59 times as much as that of PLLA and 21 times as much as that of PDBI， indicating a change from a brittle fracture to the ductile one. The barrier performance of the blend films also showed an enhancement at first and then became weakened. At a PDBI/PLLA mass ratio of 1/1， the blend film exhibited an O₂ transmission amount of 309.4 cm³·m²/d and a maximum water contact angle of over 78 °， indicating good barrier performance and high hydrophobicity.

Key words: poly（lactic acid）, poly（butylene glycol） itaconic acid, thermal performance, mechanical performance, barrier performance

中图分类号:

TQ321

任思颖, 杜佳慧, 孙滔, 吴怡锋, 郭久实, 云雪艳. PLLA/PDBI共混薄膜的热学、力学及阻隔性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 60-65.

REN Siying, DU Jiahui, SUN Tao, WU Yifeng, GUO Jiushi, YUN Xueyan. Thermal， mechanical and barrier properties of PLLA/PDBI blend films[J]. China Plastics, 2024, 38(12): 60-65.

图/表 10

图1 PLLA/PDBI共混薄膜的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of PLLA/PDBI films

样品	M_n/kg·mol^-1	M_w/kg·mol^-1	PDI
PBI	0.23	0.36	1.6
ODLA	0.28	0.38	1.7
OLLA	0.27	0.43	1.5
PLLA	3.8	7.2	1.6
PDBI	3.1	6.6	1.7

表1 PLLA和PDBI的分子特性

Tab.1 Molecular characteristics of PLLA and PDBI copolymers

图2 （a）WAXD曲线；（b）DSC曲线；（c）TGA曲线

Fig.2 （a） WAXD patterns of PLLA/PDBI films；（b） DSC thermograms of PLLA/PDBI films （the first temperature rise curve）；（c） TGA thermograms of PLLA/PDBI films

样品	T_g/℃	T_c/℃	∆H_c/J·g^-1	T_m1/℃	∆H_m1/J·g^-1	T_m2/℃	∆H_m2/J·g^-1	X_HC/%	X_SC/%	X_total/ %
PLLA	45.78	94.06	19.89	162.35	22.13	-	-	2.41	0	2.41
PLLA/PDBI25	51.38	110.69	10.96	159.95	11.49	191.95	14.58	0.82	2.92	3.74
PLLA/PDBI50	53.59	97.46	12.75	158.29	12.76	205.97	23.85	0.60	8.52	9.12
PLLA/PDBI75	46.45	101.68	6.497	135.87	9.024	193.27	8.740	2.59	1.97	4.56
PDBI	31.55	84.64	18.74	136.39	21.31	-	-	2.76	0	2.76

表2 共混比例对PLLA/PDBI共混薄膜热学性能的影响

Tab.2 Thermal properties of PLLA/PDBI blended membranes

图3 应变⁃应力曲线

Fig.3 Stress⁃strain curves of PLLA/PDBI films

样品	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/ %	弹性模量/ MPa
PLLA	39.84±3.18	4.83±0.12	1 587.48±79.37
PLLA/25 %PDBI	35.49±1.07	8.47±3.13	1 258.76±54.13
PLLA/50 %PDBI	29.76±0.75	285.07±13.58	853.38±34.99
PLLA/75 %PDBI	29.93±1.15	3.07±0.58	927.64±47.31
PDBI	19.28±0.98	13.23±1.16	563.44±29.86

表3 共混比例对共混薄膜力学性能的影响

Tab.3 Tensile properties of PLBI/PDBI films

图4 SEM照片

Fig.4 SEM of tensile specimens' fracture surface films

图5 PLLA/PDBI薄膜的氧气阻隔性

Fig.5 O2 permeability of PLLA/PDBI films

图6 共混薄膜的水接触角照片

Fig.6 Water contact angle films

样品	水接触角/°
PLLA	70.03±3.29
PLLA/25 %PDBI	65.5±3.08
PLLA/50 %PDBI	78.21±3.68
PLLA/75 %PDBI	69.51±3.27
PDBI	66.89±3.14

表4 PLLA/PDBI的水接触角

Tab.4 Water contact angle of PLLA/PDBI

参考文献 21

1	孙文潇，杨帆，侯梦宗，等. 环境中的微塑料污染及降解［J］. 中国塑料， 2023， 37（11）： 117⁃126.
	SUN W X， YANG F， HOU M Z， et al. Microplastic pollution and degradation in the environment ［J］. China Plastics， 2023，37（11）： 117⁃126.
2	Lei C， Xu W， Shi B，et al. Construction of cross⁃linked networks in polylactic acid biocomposites by using vegetable oil⁃modified collagen fibers for improving anti⁃stress relaxation and toughness［J］.Industrial Crops & Products， 2024，210： 118160.
3	Shuo W， Baodong L， Yingying Q，et al. Effects of Processing Conditions and Plasticizing⁃Reinforcing Modification on the Crystallization and Physical Properties of PLA Films［J］.Membranes，2021，11（8）： 640⁃640.
4	陈婷，王经逸，曹长林，等. 聚乳酸增强增韧功能化改性研究进展［J］.塑料科技，2023， 51（02）： 114⁃119.
	CHEN T， WANG J Y， CAO C L， et al. Research progress on enhanced toughening and functionalization modification of polylactic acid［J］.Plastics Science and Technology，2023， 51（02）： 114⁃119.
5	Vijaya R， Boniface T， Shaik J. Nano⁃engineered eggshell toughened polylactic acid/aliphatic⁃aromatic copolyester flexible polymer blend ［J］.Abstracts of Papers of the American Chemical Society， 2016， 251.
6	贾仕奎，王忠，朱艳，等. 聚乳酸/聚氨酯共混物的力学行为与形态研究［J］.中国塑料， 2017，31（03）： 35⁃39.
	JIA S K， WANG Z， ZHU Y， et al. Mechanical behavior and morphology of polylactic acid/polyurethane blend［J］.China Plastics， 2017， 31（03）： 35⁃39.
7	张禹，何继敏，周麒，等.PLA与PBAT共混改性研究进展［J］.工程塑料，2023，51（10）： 173⁃178.
	ZHANG Y， HE J M， ZHOU Q， et al. Research progress on blending modification of PLA and PBAT［J］.Engineering Plastics，2023，51（10）： 173⁃178.
8	白佳鑫，胡健，刘博，等. 高柔性PLLA/PBF共混膜的制备及性能［J］.塑料，2023，52（03）： 172⁃176+182.
	BAI J X， HU J， LIU B， et al. Preparation and properties of highly flexible PLLA/PBF blend membrane［J］.Plastics，2023，52（03）： 172⁃176+182.
9	颜祥禹.PLA和PBST系列共混物的制备及性能研究［D］.长春工业大学，2022.
10	童敏杰，马博谋，刘贵，等.PBAT/PLLA/PDLA共混材料的结晶性能和耐热性能研究［J］.东华大学学报（自然科学版），2023， 49（06）： 43⁃52.
	TONG M J， MA B M， LIU G， WANG X L， et al.Study on crystallization properties and heat resistance of PBAT/PLLA/PDLA blends［J］.Journal of Donghua University（Natural Science Edition）， 2023，49（06）： 43⁃52.
11	Li W， Cao J， Fu L， al et， Effect of stereo⁃complexation on crystallization behavior and barrier properties of poly⁃lactide［J］.International journal of biological macromolecules， 2024，261（P2）： 129 834.
12	Lizhi Y， Shihao D， Yue W， al et， Remarkably enhanced stereocomplex crystallization of high⁃molar⁃mass enantiomeric polylactide blends by adding double⁃grafted copolymers［J］.International Journal of Biological Macromolecules， 2024，258（P1）： 128919.
13	张玮，白红伟，傅强.分子链有序化混合对PLLA/PDLA共混物熔融稳定性的影响［J］.塑料工业， 2021，49（08）：57⁃60+65.
	ZHANG W， BAI H W， FU Q. Effect of molecular chain ordering mixing on the melting stability of PLLA/PDLA blends［J］.Plastics Industry， 2021，49（08）： 57⁃60+65.
14	Xiaolong S， Lihua F， Demei Y. Formation of Stereocomplex Crystal and Its Effect on the Morphology and Property of PDLA/PLLA Blends［J］.Polymers， 2020， 12（11）： 2 515.
15	刘博，胡健，白佳鑫，等.具有柔性的结晶性聚（L⁃乳酸）/聚衣康酸丁二醇酯共混薄膜的制备及力学和热学性能［J］.高分子材料科学与工程， 2022，38（06）： 63⁃70.
	LIU B， HU J， BAI J X， et al. Preparation and mechanical and thermal properties of flexible crystalline poly（L⁃lactic acid）/polyyiconic acid butylene glycol blend film［J］.Polymer Materials Science and Engineering， 2022， 38（06）： 63⁃70.
16	Loomis G J P P. Polylactide stereocomplexes［J］. 1990， 31： 55.
17	Fischer E， Sterzel H J， Zu Zf P G J K. Wegner， Investigation of the structure of solution grown crystals of lactide copolymers by means of chemical reactions［J］. 1973，251： 980⁃990.
18	盛维琛，谈静，陈剑峰，等.乙氧（醚）化双酚A甲基丙烯酸双酯的烯硫醇反应及产物性能［J］.塑料工业， 2022，50（S1）： 100⁃104.
19	Hoogsteen W， Postema A， Pennings A， et al. Crystal structure， conformation and morphology of solution⁃spun poly （L⁃lactide） fibers［J］. 1990，23（2）： 634⁃642.
20	Brizzolara D， Cantow H J， Diederichs K， et al.Mechanism of the stereocomplex formation between enantiomeric poly （lactide） s［J］. 1996，29（1）： 191⁃197.
21	景占鑫，匡倩，李广瑞，等.立构复合调控聚乳酸基材料性能及其应用研究进展［J］.工程塑料应用，2023， 51（12）： 156⁃164.
	JING Z X， KUANG Q， LI G R， et al. Research progress on the regulation of properties and application of polylactic acid⁃based materials by stereostructural composites［J］.Engineering Plastics Application，2023， 51（12）： 156⁃164.

[1]	崔豹, 杨建军, 吴庆云, 吴明元, 张建安, 刘久逸. 聚乳酸复合材料共混改性研究及应用进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 129-136.
[2]	曲道鹏, 张涛, 华晨曦, 宋欣雨, 程昌利, 刘禹, 王震宇. 高强电磁屏蔽环氧复合材料的3D打印工艺研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 24-29.
[3]	丁馨怡, 顿东星, 秦骏熙, 陈钰蕾, 韩羽菲, 张玉霞, 周洪福. 成核剂ST⁃NAB3改性扩链聚乳酸的微观结构与性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 41-46.
[4]	邹晓月, 徐佳慧, 陈振树, 杨友强, 陆湛泉, 贾雨欣, 李成, 叶南飚, 曹堃. 口罩过滤材料及其驻极技术的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 47-53.
[5]	庞馨蕾, 白瑜, 王洪学. 聚醚醚酮齐聚物固相增黏及聚合物性质研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 8-13.
[6]	董光, 侯仰喆, 袁洪跃, 刘宪虎, 潘亚敏. 多孔聚乳酸材料的制备及结构性能优化进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 132-140.
[7]	何和智, 黄宗海, 赖文, 熊华威. PLA/PBAT/CB防静电包装材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 1-8.
[8]	胡永祥, 谢纪岭, 李伟铭, 张璐, 汤香港, 吕亿同, 申红望, 鞠冠男. 马来酸酐接枝改性GTR对聚乳酸性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 20-24.
[9]	王杰, 辛德华, 李晖, 蒋洪石, 周洪福, 赵建国. 纳米黏土与二氧化硅协同改性聚乳酸研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 43-48.
[10]	徐琛, 骆博飞, 刘腾腾, 邢晶凯. 成核剂改性聚丙烯研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 79-85.
[11]	刘莹, 孙昊, 杨勇, 姜开宇, 于同敏, 马赛, 祝铁丽. 超声振动对玻璃纤维增强聚酰胺6注塑制件力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 9-14.
[12]	杨莲, 蒋晶, 贾彩宜, 谢悦涵, 王小峰, 李倩. 聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 12-18.
[13]	周紫怡, 王洋样, 孙滔, 蒋伟, 董同力嘎, 云雪艳. 聚（己二酸/对苯二甲酸）⁃丁二醇酯基自发气调薄膜的性能研究及应用[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 31-38.
[14]	董亚鹏, 赵恬娇, 王美珍, 崔文举, 林福华, 王波. 长链脂肪酸钠/芳基酰胺脂肪酸钠复配成核剂对聚丙烯性能影响研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 60-65.
[15]	王涵, 梁金华, 高振国, 姜炜, 周昊. 微胶囊型自修复环氧树脂材料的力学性能及修复效率[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 40-46.

PLLA/PDBI共混薄膜的热学、力学及阻隔性能研究

Thermal， mechanical and barrier properties of PLLA/PDBI blend films

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 21

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价