一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法
2023-06-03 09:44:41 2
專利名稱：一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法
技術領域：
本發明涉及一種聚乳酸材料，更具體地說，涉及一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法。
背景技術：
聚乳酸(PLA)是一種在工業和科學領域都有廣泛應用的結晶高分子材料。近來，作為一種環境友好的生物降解性材料，由於可以從農作物中大量製取而得到廣泛的關注和研究。由於具有良好的生物可溶性、生物降解性及良好的力學性能，在醫學、包裝、以及替代石油衍生的高分子材料方面具有很大的潛力。但是聚乳酸材料的脆性及成膜性限制了其廣泛的運用。由於添加物或者加工條件可以在一定程度上影響材料的物理結構，從而進一步影響其性能。因此，研究聚乳酸或者聚乳酸複合材料在剪切場下結晶結構以及結晶行為的 變化具有重要的意義。石墨烯是一種可以在室溫下穩定存在的二維晶體，具有良好的力學性能，其斷裂強度達到42NHT1。同時，目前通過氧化-還原方法可以製備純度較高的石墨烯材料。石墨烯可以通過熔融共混、溶液共混或者原位聚合的方法製備高分子/石墨烯複合材料，從而可以改善高分子材料的相關性能。但是，迄今為止，還沒有關於剪切對聚乳酸和聚乳酸/石墨烯複合材料的結晶結構和結晶行為的影響的研究。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法，通過調整剪切的大小和石墨烯的含量，尋求一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法，本發明所提供的方法可以控制聚乳酸球晶生長速率，從而獲得一種具有不同球晶生長速率的聚乳酸及其複合材料。本發明的目的通過下述技術方案實現—種調控聚乳酸球晶生長速率的方法，其特徵是採用石墨烯作為聚乳酸的單一添加劑，將其與聚乳酸通過溶液共混後獲得聚乳酸/石墨烯複合材料；聚乳酸和聚乳酸/石墨烯複合材料經過不同的剪切後在138 144°C等溫結晶，利用調整結晶溫度和剪切速率的方法調控聚乳酸球晶生長速率。聚乳酸在經過不同的剪切後在138-144°C等溫結晶，剪切速率為OlOs'剪切時間為5s。通過本發明的相同的剪切條件下，球晶生長速率隨著結晶溫度的升高而降低；在相同的結晶溫度下，球晶生長速率隨著剪切速率的增加而增大。在本發明的方法技術方案中，對含有一定質量分數石墨烯的聚乳酸材料，其球晶生長速率對結晶溫度具有依賴性，因此，可通過在不同的溫度下結晶選擇性調控聚乳酸的的球晶生長速率。
在本發明的方法技術方案中，聚乳酸以及聚乳酸/石墨烯複合材料的球晶生長速率對剪切速率具有依賴性。為便於進行聚乳酸結晶速率的調控，結晶溫度選為138°C、140°C、142°C、144°C。對於聚乳酸材料，剪切速率選為0、0. Ss'Zs'Ss'IOs'剪切時間均為5s ;對於聚乳酸/石墨烯複合材料，剪切速率選定為0、0. 58^,28^,58-1剪切時間為5s。聚乳酸在不同條件下球晶生長速率如圖1所示，在該溫度範圍內，球晶生長速率隨著結晶溫度的升高而降低。同時，在相同溫度下結晶時，樣品的球晶生長速率隨著剪切速率的增大而增加。同時，在較低溫度下，球晶生長速率對剪切速率有較大的依賴性，而在較高的結晶溫度(144°C)下，球晶生長速率對剪切速率的依賴性降低。聚乳酸/石墨烯複合材料在不同條件下球晶生長速率如圖2所示。與聚乳酸類似，在相同的剪切條件下，聚乳酸/石墨烯複合材料球晶生長速率隨著結晶溫度的升高而降低；在相同的結晶溫度下，球晶生長速率隨剪切速率的增大而增加。同時，從圖2的結果可以發現在相同的剪切和溫度下等溫結晶時，聚乳酸/石墨烯複合材料的球晶生長速率比聚乳酸樣品球晶生長速率大。因此，可以通過調整結晶溫度，剪切速率及石墨烯的含量實現聚乳酸球晶生長速率的調控。本發明所提供的方法控制聚乳酸球晶生長速率，從而促進聚乳酸材料的發展和工 業應用。
圖1聚乳酸經過不同的剪切後球晶生長速率隨結晶溫度的變化圖2聚乳酸/石墨烯複合材料經過不同的剪切後球晶生長速率隨結晶溫度的變化具體實施方法下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。利用帶有偏光顯微鏡的剪切池觀察樣品球晶在不同條件下的球晶生長速率，剪切池為英國Iinkam公司生產的CSS450剪切池，使用的樣品為10-20 u m厚的塊狀物。實施例1稱取0.1g的聚乳酸樣品，放入到剪切池中，以30°C /min的速率升到200°C，保持Imin,同時，調整剪切池的gap值為10 y m。然後以30°C /min的速率降到138°C，通過偏光顯微鏡觀察聚乳酸球晶生長速率，其值為5. 07 u m/min。實施例2稱取0.1g的聚乳酸樣品，放入到剪切池中，以30°C /min的速率升到200°C，保持Imin,同時，調整剪切池的gap值為10 y m。然後以30°C /min的速率降到138°C，經過速率為0. 5s—1，時間為5s的穩態剪切後在該溫度下等溫結晶，通過偏光顯微鏡觀察聚乳酸球晶生長速率，其值為5. 22 u m/min。實施例3稱取0.1g的聚乳酸樣品，放入到剪切池中，以30°C /min的速率升到200°C，保持Imin,同時，調整剪切池的gap值為10 y m。然後以30°C /min的速率降到138°C，經過速率為2s—1，時間為5s的穩態剪切後在該溫度下等溫結晶，通過偏光顯微鏡觀察聚乳酸球晶生長速率，其值為5. 37 u m/min實施例4稱取0.1g的聚乳酸樣品，放入到剪切池中，以30°C /min的速率升到200°C，保持Imin,同時，調整剪切池的gap值為10 y m。然後以30°C /min的速率降到138°C，經過速率為5s—1，時間為5s的穩態剪切後在該溫度下等溫結晶，通過偏光顯微鏡觀察聚乳酸球晶生長速率，其值為5. 66 u m/min實施例5稱取0.1g的聚乳酸樣品，放入到剪切池中，以30°C /min的速率升到200°C，保持Imin,同時，調整剪切池的gap值為10 y m。然後以30°C /min的速率降到138°C，經過速率為IOs'時間為5s的穩態剪切後在該溫度下等溫結晶，通過偏光顯微鏡觀察聚乳酸球晶生長速率，其值為5. 88 u m/min。其它實施例如表I和表2所示表I聚乳酸在不同條件下球晶生長速率參數
權利要求
1.一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法，其特徵是採用石墨烯作為聚乳酸的單一添加劑，將其與聚乳酸通過溶液共混後獲得聚乳酸/石墨烯複合材料；聚乳酸和聚乳酸/石墨烯複合材料經過不同的剪切後在138 144°c等溫結晶，利用調整結晶溫度和剪切速率的方法調控聚乳酸球晶生長速率。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是聚乳酸在經過不同的剪切後在138-144°C等溫結晶，剪切速率為OlOiT1，剪切時間為5s。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵是相同的剪切條件下，球晶生長速率隨著結晶溫度的升高而降低；在相同的結晶溫度下，球晶生長速率隨著剪切速率的增加而增大。
全文摘要
本發明涉及一種調控聚乳酸球晶生長速率的方法。採用石墨烯作為聚乳酸的單一添加劑，將其與聚乳酸通過溶液共混後獲得聚乳酸/石墨烯複合材料；聚乳酸和聚乳酸/石墨烯複合材料經過不同的剪切後在138～144℃等溫結晶，利用調整結晶溫度和剪切速率的方法調控聚乳酸球晶生長速率。通過本發明的相同的剪切條件下，球晶生長速率隨著結晶溫度的升高而降低；在相同的結晶溫度下，球晶生長速率隨著剪切速率的增加而增大。本發明所提供的方法控制聚乳酸球晶生長速率，從而促進聚乳酸材料的發展和工業應用。
文檔編號C08L67/04GK102993657SQ201210513069
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者肖培濤, 李宏飛, 李景慶, 蔣世春 申請人:天津大學