斷裂伸長率低？衝擊強度低？如何高效改進該生物基塑料的性能？

斷裂伸長率低？衝(chong) 擊強度低？如何高效改進該生物基塑料的性能？

  由乳酸製成的聚乳酸（PLA）在過去十年裏已成為(wei) 包裝行業(ye) 一種成熟的生物基 塑料。然而，盡管它們(men) 在市場上被廣為(wei) 接受，但其低斷裂伸長率和低衝(chong) 擊強度仍阻礙了其得到更廣泛的應用。若要使PLA適用於(yu) 柔性包裝薄膜的生產(chan) ，則需對其進行改性來匹配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的性能。但是，這些化合物的問題之一是大多數增塑劑都具有遷移趨勢。這就是它們(men) 未能大舉(ju) 進入市場的原因。對它們(men) 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出了複雜的遷移和結晶行為(wei) ，因此嚴(yan) 重限製了後者的應用範圍。在開發PLA共聚物的過程中，SoBiCo GmbH公司采取了不同的方法：他們(men) 將多元醇和PLA共聚物中的多元醇牢固地共價(jia) 鍵合到聚合物上（圖2）。該方法不僅(jin) 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(wei) Plactid的共聚物。

從(cong) 堅硬的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整它們(men) 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晶趨勢產(chan) 生了重大影響。PLA的結晶速度很慢，所需溫度窗口較窄，約為(wei) 100°C。相較之下，PLA共聚物的結晶速度更快，並且不易受理想結晶溫度偏差的影響。這一點可通過比較不同多元醇含量的PLA和PLA共聚物的結晶半衰期來說明，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(jin) 為(wei) 13%時，結晶半衰期縮短過半，結晶溫度窗口拓寬至20°C，並且沒有明顯延遲。

溫度誘導結晶（可能需要長時間加熱）的替代方法是通過定向拉伸來誘導PLA共聚物結晶。拉伸誘導結晶受溫度的影響要小得多。在高於(yu) 玻璃化轉變溫度的條件下，兩(liang) 倍的拉伸因子即可引起PLA共聚物的大量結晶，並且拉伸強度隨之增加。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度。

   乳酸有兩(liang) 種對映異構體(ti) （L型和D型乳酸），因此PLA具有形成立構複合物的可能，前提是不同的聚合物由純L型和D型對映異構體(ti) （分別為(wei) PLLA和PDLA）生成。因為(wei) 它們(men) 的熔融溫度高出約40°C，所以這種立構複合物使PLA能夠在更高的溫度條件下進行應用。通過結合由L型和D型對映異構體(ti) 生成的PLA共聚物以及雙向拉伸薄膜技術，它們(men) 將為(wei) 生物塑料在薄膜生產(chan) 中的應用開辟全新的市場。現有的多元醇係列還提供了多種開發可能性，例如：支鏈型多元醇可用於(yu) 生成具有更高拉伸粘度的牌號。

生物聚合物PLA的耐熱性低，幾乎不結晶，玻璃化轉變溫度約為(wei) 60°C。此外，PLA所需加工窗口窄，位於(yu) 180-200°C之間，並且受限於(yu) 約170°C的熔融溫度和200°C的初始熱損傷(shang) 。PLA共聚物提供了多種改變這種典型特性的方法。由於(yu) 其結晶速度要快得多，因此使用溫度不僅(jin) 僅(jin) 由玻璃化轉變溫度決(jue) 定。高結晶度使其可以在高於(yu) 玻璃化轉變溫度的條件下使用。當被用作柔性薄膜材料時，該聚合物的玻璃化轉變溫度應低於(yu) 使用溫度。如果是PLA多元醇共聚物，純PLA的玻璃化轉變溫度（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(wei) 20%的Plactid共聚物的玻璃化轉變溫度僅(jin) 為(wei) 20°C。

如前所述，單獨的純PLLA和PDLA聚合物的立構複合晶體(ti) 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(ge) 單分子（PLDLA）中。它們(men) 的熔點以及加工溫度範圍都可以降低。例如，PLDLA中4%的D成分可使熔融溫度降低約16°C。但是，當聚合物鏈中的D成分超過約10%時，PLA將失去結晶能力。PLA多元醇共聚物在這方麵表現出了不同的行為(wei) 。例如，SoBiCo公司成功地將12%的D成分（用丙交酯總量表示）摻入由非晶態多元醇（多元醇含量：45%）和PLA組成的共聚物中，從(cong) 而將熔點溫度降至120°C（表1，共聚物2。同時，盡管D成分含量高，但因PLA序列所致，該共聚物的熔化焓為(wei) 12 J/g。

除了材料本身，SoBiCo還成功開發了一種基於(yu) 擠出機反應性複合的經濟高效的生產(chan) 工藝。它結合了兩(liang) 個(ge) 通常單獨進行的工藝步驟：聚合物的化學合成和基於(yu) 此類聚合物的化合物的生產(chan) 。SoBiCo開發的這一集成工藝包括聚合、殘餘(yu) 單體(ti) 提取和複合。首條生產(chan) 線產(chan) 能為(wei) 2000t/a，計劃擴產(chan) 至10000t/a。除了在生產(chan) 開始時將應用集中在包裝領域，SoBiCo還計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(chan) 品組合將通過最新的Lacto產(chan) 品係列（Lactofix、Lactoflex和Lactobatch）進行補充，它們(men) 可用於(yu) 對傳(chuan) 統PLA進行改性。

   電子拉力試驗機，設備適用於(yu) 塑料薄膜、複合膜、軟質包裝材料、膠粘劑、膠粘帶、不幹膠、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(chan) 品進行拉伸性能測試。

  還可實現 180 度剝 離、90 度剝離強度、熱封強度、定力伸長。定伸力長值等試驗；拉伸空間(可定製)桌上型，選配噴墨打印機。

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

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

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