聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.009

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (8): 56-61.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.009

聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响

曲玉婷¹^,², 王立梅²^,³, 齐斌¹^,³()

^1.苏州大学药学院，江苏苏州 215000
^2.苏州市食品生物技术重点实验室，江苏常熟 215500
^3.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟 215500

收稿日期:2022-04-08 出版日期:2022-08-26 发布日期:2022-08-22
通讯作者: 齐斌（1965—），男，教授，从事生物化工研究，qibin65@126.com
E-mail:qibin65@126.com
基金资助:
江苏省科技厅重点研发计划(BE2020386);苏州市科技计划项目(SS202120)

Effect of poly（ethylene glycol） on properties of poly（lactic acid）/starch nanocrystal composites

QU Yuting¹^,², WANG Limei²^,³, QI Bin¹^,³()

^1.College of Pharmaceutical Sciences，Soochow University，Suzhou 215000，China
^2.Key Laboratory of Food and Biotechnology of Suzhou，Changshu 215500，China
^3.College of Biological and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China

Received:2022-04-08 Online:2022-08-26 Published:2022-08-22
Contact: QI Bin E-mail:qibin65@126.com

摘要/Abstract

摘要：

以聚乳酸（PLA）和淀粉纳米晶（SNC）为主要原料，聚乙二醇（PEG）为增塑剂，采用溶剂蒸发法制备PLA/SNC和PLA/SNC/PEG复合材料，通过差示扫描量热仪（DSC）、热台偏光显微镜（PLM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等研究了PEG对复合材料结晶行为、力学性能及界面相容性的影响。结果表明，PEG能够与SNC协同促进PLA结晶，使PLA/SNC/PEG复合材料的结晶速率明显提高；PEG的添加未改变PLA/SNC复合材料的结晶结构；随着PEG含量的增加，PLA/4 %（质量分数，下同）SNC复合材料的拉伸强度先升高后下降，断裂伸长率不断提高；当PEG含量为2 %时，PLA/4 %SNC/2 %PEG复合材料的力学性能最佳，拉伸强度为47.86 MPa，断裂伸长率为10.20 %，PLA与SNC间界面相容性得到改善。

关键词: 聚乳酸, 淀粉纳米晶, 界面相容性, 复合材料, 聚乙二醇

Abstract:

poly（lactic acid）（PLA）/starch nanocrystal （SNC） and PLA/SNC/poly（ethylene glycol）（PEG） composites were prepared through solvent evaporation using PLA and SNC as raw materials and PEG as a plasticizer. The effects of PEG on the crystallization behavior， mechanical properties， and interfacial compatibility of the composites were investigated using differential scanning calorimetry， hot?stage polarizing microscopy， X?ray diffractometry， and scanning electron microscopy. The results indicated that PEG could synergistically promote the crystallization of PLA together with SNC， resulting in a significant increase in the crystallization rate of PLA/SNC/PEG composites. The crystalline structure of PLA/SNC composites was not changed with the addition of PEG. The composite containing 4 wt% SNC showed an increase at first and then a decrease in tensile strength with an increase in the PEG content. However， its elongation at break kept an increasing trend. The composite containing 4 wt% SNC and 2 wt% PEG obtained optimal mechanical properties with tensile strength of 47.86 MPa and elongation at break of 10.20 %. The interfacial compatibility between PLA and SNC was improved.

Key words: poly（lactic acid）, starch nanocrystal, interfacial compatibility, composite material, poly（ethylene glycol）

中图分类号:

TQ321

曲玉婷, 王立梅, 齐斌. 聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 56-61.

QU Yuting, WANG Limei, QI Bin. Effect of poly（ethylene glycol） on properties of poly（lactic acid）/starch nanocrystal composites[J]. China Plastics, 2022, 36(8): 56-61.

图/表 8

样品	PLA含量	SNC含量	PEG含量
PLA	100	0	0
PLA/SNC4	96	4	0
PLA/PEG4	96	0	4
PLA/SNC4/PEG2	94	4	2
PLA/SNC4/PEG4	92	4	4
PLA/SNC4/PEG6	90	4	6

表1 PLA复合材料的配方 (份)

Tab.1 Formula of PLA composite materials

图1 PLA/SNC4/PEG4复合材料在不同降温速率下的结晶放热曲线

Fig.1 DSC cooling exotherms of PLA/SNC4/PEG4 composite materials at different cooling rates

图2 样品在降温速率为1 ℃/min下的结晶放热曲线

Fig.2 DSC cooling exotherms of the samples at a cooling rate of 1 ℃/min

样品	降温速率/℃·min^-1	T_P/℃	X_c/%
PLA	—^*	—	—
PLA/SNC4	1	105.5	27.98
	2.5	94.4	16.86
	5	90.7	1.60
	10	—	—
PLA/PEG4	1	89.7	20.50
	2.5	84.6	2.78
	5	—	—
	10	—	—
PLA/SNC4/PEG4	1	109.6	30.18
	2.5	101.7	27.00
	5	89.9	17.58
	10	84.5	3.39

表2 样品在不同降温速率下的TP和Xc

Tab.2 TP and Xc of the samples at different cooling rates

图3 样品在110 ℃下的PLM照片

Fig.3 PLM images of the samples at 110 ℃

图4 样品的XRD谱图

Fig.4 XRD patterns of the samples

样品	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/%
PLA	45.39±1.63	8.70±0.40
PLA/PEG4	39.32±1.17	15.93±1.24
PLA/SNC4	47.22±0.73	7.83±0.30
PLA/SNC4/PEG2	47.86±1.50	10.20±1.07
PLA/SNC4/PEG4	38.01±0.69	13.85±1.16
PLA/SNC4/PEG6	34.24±2.06	22.81±2.73

表3 样品的力学性能

Tab.3 Mechanical properties of the samples

图5 样品断面的SEM照片

Fig.5 SEM images of fracture surfaces of the samples

参考文献 20

1	Kalyani Sreekumar， Bindhu B， Veluraja K. Perspectives of polylactic acid from structure to applications［J］. Polymers from Renewable Resources， 2021， 12（1/2）：60⁃74.
2	Mehdi Emadian S.， Onay Turgut T.， Burak Demirel. Biodegradation of bioplastics in natural environments［J］. Waste Management， 2017， 59： 526⁃536.
3	Mehlika Karamanlioglu， Richard Preziosi， Robson Geoffrey D.. Abiotic and biotic environmental degradation of the bioplastic polymer poly（lactic acid）： a review［J］. Polymer Degradation & Stability， 2017， 137：122⁃130.
4	M.Aadithya， Kirubakar V.K.， Aakash T.， et al. Investigation of the tensile and flexural behavior of polylactic acid based jute fiber bio composite［J］. Key Engineering Materials， 2020， 841： 283⁃287.
5	Muhammad Mujtaba， Behlul Koc， Asier Martinez Salaberria， et al. Production of novel chia⁃mucilage nanocomposite films with starch nanocrystals； an inclusive biological and physicochemical perspective［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2019，133： 663⁃673.
6	Xu Chunjiang， Chao Chen， Wu Defeng. The starch nanocrystal filled biodegradable poly（epsilon⁃caprolactone） composite membrane with highly improved properties ［J］. Carbohydrate Polymers， 2018， 182： 115⁃122.
7	Yin Zuodong， Zeng Jiliang， Cai Wang， et al. Preparation and properties of cross⁃linked starch nanocrystals/polylactic acid nanocomposites ［J］. International Journal of Polymer Science， 2015， 2： 1⁃5.
8	WangShih⁃Feng， WuYun⁃Chung， ChengYu⁃Che， et al. The development of polylactic acid/nulti⁃wall carbon nanotubes/polyethylene glycol scaffolds for bone tissue regeneration application［J］. Polymers， 2021， 13（11）： 1 740⁃1 757.
9	李冲，何子伟，吴颖岚，等. 增容剂改性PLA/PBAT共混物的制备及性能研究［J］.塑料工业， 2018， 46（1）： 24⁃28，70.
	LI C， HE Z W， WU Y L， et al. Preparation and properties of PLA/PBAT blends modified with compatibilizer［J］. China Plastics Industry，2018， 46（1）： 24⁃28，70.
10	SharmaSwati， Abhijit Majumdar， Bhupendra Singh Butola. Tailoring the biodegradability of polylactic acid （PLA） based films and ramie⁃PLA green composites by using selective additives［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2021， 181： 1 092⁃1 103.
11	Márcia Maria Favaro Ferrarezi， Márcia de Oliveira Taipina， Laura Caetano Escobar da Silva， et al. Poly（ethylene glycol） as a compatibilizer for poly（lactic acid）/thermoplastic starch blends ［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2012， 21（1）： 151⁃159.
12	Yu Hou⁃Yong， Wang Chuang， Somia Yassin Hussain Abdalkarim， et al. Cellulose nanocrystals/polyethylene glycol as bifunctional reinforcing/compatibilizing agents in poly（lactic acid） nanofibers for controlling long⁃term in vitro drug release［J］. Cellulose，2017，24（10）：4 461⁃4 477.
13	Somayeh Sharaf Zamir， Mohammad Reza Frouzanmehr， Malladi Nagalakshmaiah， et al. Chemical compatibility of lactic acid⁃grafted starch nanocrystals （SNCs） with polylactic acid （PLA）［J］. Polymer Bulletin， 2019， 76（7）： 3 481⁃3 499.
14	Pooja Takkalkar， Gregory Grifn， Nhol Kao. Enhanced mechanical and barrier performance of poly（lactic acid） based nanocomposites using surface acetylated starch nanocrystals ［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2019， 27（9）： 2 078⁃2 088.
15	李绍龙，徐艺，陈农田，等. 利用Avrami和莫志深方法研究聚丁二酸丁二醇酯⁃聚丁二酸二甘醇酯多嵌段共聚物的非等温结晶动力学［J］. 材料导报， 2018， 32（16）： 2 882⁃2 888，2896.
	LI S L， XU Y， CHEN N T， et al. Nonisothermal crystallization kinetics of biodegradable poly（butylene succinate）⁃b⁃poly （diethylene glycol succinate） multiblock copolymers by the Avrami and the Mo’s methods exclusively［J］. Materials Review， 2018， 32（16）： 2 882⁃2 888，2896.
16	Cecile Courgneau， Violette Ducruet， Luc Avérous， et al. Non⁃isothermal crystallization kinetics of poly（L， D⁃lactide）⁃effect of plasticizers and nucleating agent ［J］. Polymer Engineering and Science， 2013， 53（5）： 1 085⁃1 098.
17	Le Li， BaoRui⁃Ying， Tao Gao， et al. Dopamine⁃induced functionalization of cellulose nanocrystals with polyethylene glycol towards poly（L⁃lactic acid） bionanocomposites for green packaging［J］. Carbohydrate Polymers， 2018， 203：275⁃284.
18	PanPengju， LiangZhichao， Bo Zhu， et al. Blending effects on polymorphic crystallization of poly（L⁃lactide）［J］. Macromolecules， 2009， 42（9）： 3 374⁃3 380.
19	白舒扬. 纳米纤维素增强可降解复合材料的开发与应用［D］. 杭州：浙江农林大学，2019.
20	Long Haibo， Wu Zhiqiang， Dong Qianqian， et al. Effect of polyethylene glycol on mechanical properties of bamboo fiber⁃reinforced polylactic acid composites［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2019， 136（26）：47 709⁃47 716.

[1]	贾明印, 董贤文, 王佳明, 陈轲. 浸渍方式对纤维增强聚酰胺6复合材料真空袋压成型工艺及性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 1-6.
[2]	张林, 夏章川, 何亚东, 信春玲, 王瑞雪, 任峰. 等离子体射流载气流量大小对玻璃纤维改性效果影响的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 7-15.
[3]	孟鑫, 王小龙, 公维光, 金谊. “三源一体”壳核型阻燃剂的制备及其在聚乳酸中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 96-104.
[4]	宋丹阳, 郑红娟, 李一龙. 聚乳酸基油水分离材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 187-192.
[5]	焦志伟, 王克琛, 张杨, 杨卫民. 基于碳纳米涂层沉积滑石粉与炭黑协同填充PVC/ABS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 10-15.
[6]	喻九阳, 王众浩, 陈琦, 夏亚忠. 基于阀体制造的先进树脂基复合材料性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 16-22.
[7]	张陶忠, 陈晓龙, 郝晓宇, 于福家. 滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 36-41.
[8]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[9]	宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.
[10]	沈雪梅, 朱小龙, 胡燕超, 宋任远, 张现峰, 李席. 静电喷雾法制备聚乳酸/布洛芬微球及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 61-67.
[11]	周舒毅, 朱敏, 刘忆颖, 曹舒惠, 蔡启轩, 聂慧, 张玉霞, 周洪福. 高分子止血材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 74-84.
[12]	邵琳颖, 郗悦玮, 翁云宣. 可降解聚乳酸复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 155-164.
[13]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[14]	王镕琛, 张恒, 孙焕惟, 段书霞, 秦子轩, 李晗, 朱斐超, 张一风. 医疗卫生用聚乳酸非织造材料的制备及其亲水改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 158-166.
[15]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.

聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响

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