聚乳酸／有机蒙脱土纳米复合材料研究进展

收稿日期：2023-04-20基金项目：河北省大学生创新创业训练计划项目（课题号：S202210101005、S202210101008）作者简介：王培（1982-），女，毕业于山西师范大学，讲师，研究方向：可生物降解高分子材料的加工及应用，***************；通讯联系人：冯嘉玮（2002-），女，本科生在读，研究方向：高分子材料，*****************。

聚乳酸材料性能改进研究进展王 培，冯嘉玮，邓祎慧，刘雪微，张 帅（衡水学院 应用化学系，河北 衡水 053000）摘要：聚乳酸（polylacticacid ，PLA ）是一种以植物资源为原料合成的聚酯，主要应用于医学、生物、环境保护等领域。

随着科学技术的进步，对聚乳酸材料的性能提出了新的要求和用途，必须通过改性提高其加工与应用性能。

从物理改性、化学改性方面综述了PLA 性能改进的研究进展。

旨在保留PLA 性能的优势，为拓宽PLA 应用市场提供一定参考价值。

关键词：聚乳酸；物理改性；化学改性doi ：10.3969/j.issn.1008-553X.2024.02.003中图分类号：O648.17 文献标识码：A 文章编号：1008-553X （2024）02-0009-05安 徽 化 工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.50，No.2Apr.2024第50卷，第2期2024年4月聚乳酸（PLA ），又称聚丙交酯或聚羟基丙酸，一种重要的乳酸衍生物，是由乳酸单体缩聚而成的可生物降解的高分子材料[1]。

因其具有可降解性、良好的生物相容性和力学性能及易于加工等特性被认为是最具发展前景的生物可降解材料之一，是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。

PLA 广泛应用于医疗卫生、包装材料、纤维、非织造物、建筑、农业等领域。

在医疗卫生方面，PLA 已应用于可降解手术缝合线、缓释药物载体[2]、医用伤口敷料[3]、3D 多孔聚乳酸支架[4]、人工皮肤[5]口腔固定材料、眼科材料等方面。

聚乳酸的研究进展摘要乳酸主要应用于食品保健、医药卫生和工业等方面。

聚乳酸是以乳酸为主要原料的聚合物，聚乳酸作为生物可降解材料的一种，对环境友好、无毒害，可应用于组织工程、药物缓释等生物医用材料，以及石油基塑料的替代材料。

本文综述了聚乳酸在可降解塑料，纤维，医用材料，农用地膜，和纺织等领域的应用，并对其发展方向进行了展望。

关键词：聚乳酸聚乳酸纤维生物医药生物降解AbstractLactic acid green chemistry is the basic structure of one of the unit ，Mainly used in food, medicine, sanitation and health care industry, etc。

Poly lactic acid is lactic acid as the main raw material polymer，Poly lactic acid as biodegradable material of a kind，Friendly to environment, non-toxic, can be applied to tissue engineering, drugs such as slow release of biomedical materials，And instead of the petroleum base plastic material。

This paper reviewed the biodegradable polylactic acid in plastic, fiber and medical materials, agricultural plastic sheeting, and textile application in the field, and its developing prospects。

聚乳酸的研究进展摘要：聚乳酸(Poly(lactic acid),PLA)是一种由可再生植物资源如谷物或植物秸秆发酵得到的乳酸经过化学合成制备的生物降解高分子。

聚乳酸无毒、无刺激性,具有优良的可生物降解性、生物相容性和力学性能,并可采用传统方法成型加工,因此,聚乳酸替代现有的一些通用石油基塑料己成为必然趋势。

由于聚乳酸自身强度、脆性、阻透性、耐热性等方面的缺陷限制了其应用范围,因而,增强改性聚乳酸己成为目前聚乳酸研究的热点和重点之一。

本文综述了聚乳酸的研究进展，以改性为中心。

关键词：聚乳酸改性合成方法生物降解引言天然高分子材料更具有完全生物降解性，但是它的热学、力学性能差，不能满足工程材料的性能要求，因此目前的研究方向是通过天然高分子改性，得到有使用价值的天然高分子降解塑料。

1780年,瑞典化学家Carl Wilheim Scheele 首先发现乳酸(Lactic acid ,LA)之后,对LA进一步研究发现,在大自然中其可作为糖类代谢的产物存在。

乳酸即2—羟基丙酸,是具有不对称碳原子的最小分子之一,其存在L-乳酸(LLA)和D—乳酸(DLA)两种立体异构体。

LA的生产主要以发酵法为主,一般采用玉米、小麦等淀粉或牛乳为原料,由微生物将其转化为LLA，由于人体只具有分解LLA的酶,故LLA比DLA或DLLA在生物可降解材料的应用上有独到之处。

上世纪50年代就开始了PLA的合成及应用研究上世纪70年代通过开环聚合合成了高分子量的聚乳酸并用于药物制剂及外科手术的研究上世纪80到90年代组织工程学的兴起更加推动了对PLA及其共聚物材料的研究。

目前国内外对的研究主要集中在两个方面（1）合成不同结构的聚合物材料主要是采用共聚、共混等手段合成不同结构的材料；（2）催化体系的研究。

1 PLA的结构和性能聚乳酸（PLA）的分子结构式PLA是热塑型脂肪族聚酯树脂，LA 是由乳酸在适当条件下脱水缩合而成，常温下为白色粉状固体，玻璃化温度为 50~60℃，熔点为 170~180℃，密度约为1.25g/cm3，PLA 具有良好的生物降解性、兼容性及可吸收性。

聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的原位聚合及表征Poly lact ide/M ont morillonite N anocomposites I n situPoly merization and Characterization车 晶,秦 凡,杨荣杰(北京理工大学材料学院,北京100081)CH E Jing,Q IN Fan,YANG Rong jie(School of M aterial Science and Engineering,BeijingInstitute of T echno logy,Beijing100081,China)摘要:从乳酸出发,在乳酸脱水结束后、缩聚开始之前将蒙脱土和催化剂一起加入反应体系,通过原位熔融直接缩聚法制得较高分子量聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料。

X RD和T EM结果表明:蒙脱土(M M T)添加量为0.5%(质量分数,下同)时制得剥离型纳米复合材料,添加量为1%时产物剥离与插层结构并存。

力学性能研究表明:M M T含量为0.5%和1%时,聚乳酸(PL A)的强度和韧性有明显提高,M M T含量进一步增加,力学性能下降。

SEM对断裂面的观察显示出, M M T含量为0.5%时,PL A是韧性断裂特征。

关键词:聚乳酸;蒙脱土;原位聚合;纳米复合材料中图分类号:O6 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2011)01 0028 05Abstract:H igh mo lecular w eight po lylactide/m ontm orillonite nano com posites were obtained through in situ m elt po lyco ndensation method in w hich the montmorillo nite(M MT)w as added after dehydra tion and before the po lycondensation.T he results of XRD and T EM show that ex fo liated nanocompos ites are obtained w hen the addition of montmor illonite is0.5%(mass fraction),and bo th intercalated and exfoliated str uctures are obtained w hen it is1%.W hen the m ass fractions of mo ntmo rillonite are 0.5%and1%,the tensile strength,elongatio n at br eak and im pact str ength of the nanocomposites are better than those of pure po lylactide(PLA).When they are hig her,these m echanical proper ties be come w o rse.SEM im ag e of PLA M M T0.5(the mass fraction o f m ontm orillonite is0.5%)sho w s a fracture toughness characterizatio n.Key words:poly lactide;mo ntmo rillonite;in situ po lymerization;nanoco mposite聚乳酸(Po lylactide,PLA)/蒙脱土(Montmor il lonite,MM T)纳米复合材料由于其对材料力学、耐热及结晶等性能方面的提高而成为聚乳酸改性的一个重要的新兴方向。

特种橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料的结构与性能研究的开题报告一、研究背景橡胶作为一种重要的弹性材料，在工业领域有着广泛的应用。

然而，传统橡胶材料存在强烈的分子间相互作用，使其硬度较高，弹性较差。

为了改善橡胶材料的性能，近年来研究者们开始将纳米复合材料引入其中。

在这些复合材料中，有机蒙脱土作为一种新兴的纳米填料被广泛应用。

有机蒙脱土微粒直径在纳米级别，具有良好的分散性和增强力，可以显著改善橡胶材料的强度、硬度、耐磨性和耐老化性能。

二、研究内容本研究将研究特种橡胶与有机蒙脱土纳米复合材料的制备方法、结构特征和力学性能。

具体内容如下：1. 制备方法的优化。

将探索不同的配方、制备工艺和处理方法，优化复合材料的制备过程，并寻求最佳的制备条件。

2. 材料结构的表征。

利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电镜（SEM）等手段对样品的结构及其组成进行表征。

3. 力学性能的测试。

使用万能试验机对复合材料的拉伸、弯曲和压缩等力学性能进行测试，分析有机蒙脱土对橡胶材料性能的影响。

三、研究意义该研究对于改善橡胶材料的性能具有重要意义。

通过有机蒙脱土的引入，可以提高橡胶材料的强度、硬度、耐磨性和耐老化性能，增加其在工业领域的应用价值。

此外，本研究还将探索制备过程和材料结构的多种途径，有助于提高纳米复合材料的制备技术水平，对相关科研领域具有参考和借鉴价值。

四、研究方法本研究将采用涂覆法制备有机蒙脱土/特种橡胶纳米复合材料，并利用XRD、TEM、SEM对其结构进行表征分析，使用万能试验机测试其力学性能。

同时，还将通过样品制备的多次尝试及结构分析来总结制备工艺和结构特点。

五、预期结果本研究将得出特种橡胶与有机蒙脱土纳米复合材料的最佳制备条件，并分析复合材料的结构和力学性能，探究纳米填料对橡胶材料性能的影响。

预期的结果有望为制备性能更优的复合材料提供理论和实验基础，并为其应用于工业领域提供实质性支持。

PLA聚乳酸研究报告1.引言PLA（聚乳酸）是一种可生物降解的聚合物材料，因其良好的可降解性、生物相容性和可加工性受到了广泛的关注和研究。

近年来，随着环境保护意识的日益增强，PLA作为一种可替代传统塑料的材料，受到了更多的关注。

本研究旨在通过对PLA的综述，并探讨其应用领域以及未来的发展方向，进一步推动PLA的应用和研究。

2. PLA聚乳酸的性质和特点PLA属于聚羟基酸类聚合物，由乳酸经聚合反应得到。

其主要性质和特点如下：•可降解性：PLA是一种可生物降解的聚合物材料，能够在自然环境中被微生物降解，减少对环境的污染。

•生物相容性：PLA具有良好的生物相容性，对人体无毒无害，可广泛应用于生物医学领域。

•可加工性：PLA可以通过注塑、挤出、吹塑等传统塑料加工工艺进行成型，加工性能优越。

•机械性能优异：PLA具有良好的刚度、强度和耐热性能，可满足各种应用需求。

3. PLA聚乳酸的应用领域3.1 包装材料由于PLA具有良好的可降解性和生物相容性，被广泛应用于包装材料领域。

PLA包装材料可以替代传统的塑料包装材料，减少对环境的污染。

此外，PLA还具有较好的物理性质和耐热性能，能满足不同包装需求。

3.2 生物医用材料由于PLA具有良好的生物相容性，被广泛应用于生物医学领域。

PLA可以制备成各种生物医用材料，如PLA纳米纤维膜、PLA显微球等。

这些材料可以用于组织工程、药物缓释等方面，为生物医学研究和应用提供了新的可能。

3.3 3D打印材料PLA由于其良好的可加工性和机械性能，成为了广泛应用于3D打印领域的材料之一。

PLA可以通过3D打印技术制备出复杂的结构和器件，应用于建筑、工业制品等领域。

4. PLA聚乳酸的制备方法4.1 乳酸聚合法乳酸聚合法是目前制备PLA的主要方法之一。

该方法主要通过乳酸的缩聚反应得到PLA。

乳酸聚合法的优点是反应条件温和，产率高，制备过程简单。

4.2 乳液聚合法乳液聚合法是另一种常用的制备PLA的方法。

图解聚乳酸（172）聚乳酸改性之蒙脱⼟加⼊法（8）OMMT加⼊的红外分析聚乳酸(PLA)是⼀种以植物资源为原料合成的热塑性脂肪族聚酯，具有良好的⽣物相容性、可降解性以及优异的强度和模量，被认为是最有前景的环境友好⾼分⼦材料之⼀，在实际⽣产中有着⼴泛的应⽤。

但PLA的结晶形态以⼤球晶为主，韧性较差，从⽽限制了其进⼀步应⽤。

通过向ＰＬＡ中添加⽆机粒⼦填料共混的办法可以改善其某些性能。

蒙脱⼟（ＭＭＴ）是⼀类典型的层状结构的硅酸盐矿物，其原料来源⼴，价格低廉，同时它⼜具有纳⽶⼩尺⼨效应、层状结构效应和表⾯与界⾯效应，ＭＭＴ在单体或基体聚合物中的分散、插层或剥离，提⾼有机／⽆机界⾯的黏合⼒，形成插层型或剥离型结构，可得到综合性能优良的复合材料。

以Na-MMT为原料可以制备⼆次插层的蒙脱⼟,可以依次采⽤铜离⼦和⼗六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱⼟，利⽤互换反应将有机阳离⼦引⼊MMT层间,使其转变为疏⽔性（即为改性CTAB2-Cu1-MMT，简称OMMT）,使聚乳酸与其相容性提⾼。

使⽤丙交酯与⼆次插层的蒙脱⼟采⽤原位聚合法合成了插层型和剥离型的聚乳酸/蒙脱⼟纳⽶复合材料。

聚乳酸与聚乳酸/OMMT的红外谱图如下：从聚乳酸的红外光谱可看到, 1751.09 cm -1处的吸收峰为酯羰基C=O的伸缩振动吸收峰;2994.51cm-1处为甲基的弯曲振动吸收峰;1380.99 cm-1处出现的峰为—C—C—的弯曲振动;1087.29cm-1处为内酯—C—O—C—的伸缩振动强吸收。

由此得知,此物质可能是聚乳酸。

与聚乳酸的红外光谱图⽐较,聚乳酸/OMMT复合材料中聚乳酸分⼦的典型吸收峰在1755.17 cm-1处的吸收峰为酯羰基C=O的伸缩振动吸收峰;1383.29 cm-1处出现的峰为—C—C—的弯曲振动;1088.59cm-1处为内酯的—C—O—C—的伸缩振动强吸收。

由此得知,该材料中存在聚乳酸。

与图1中有机⼟的红外光谱⽐较,可看到有机⼟的典型吸收峰在2951.41 cm-1、3001.79 cm-1处为甲基的弯曲振动吸收峰,且发⽣向⼤波数移动的现象,由2919～3001 cm -1移动82 cm -1 ; 2850～2951cm-1移动101cm-1,这可能是聚乳酸中甲基的弯曲振动吸收峰和有机⼟中发⽣叠加的缘故。

1.引言石油基塑料制品（如PE、PP、PVC、PET 等）因质轻、保护性强、印刷上色性好、价格低廉、性能可调等优点而被广泛应用于包装领域[1]。

然而，这些塑料制品使用遗弃后降解速率十分缓慢，且难以回收，会对环境造成严重的污染。

因此，在当今这个提倡节能、环保、低碳、可持续发展和高度重视食品安全的时代，石油基塑料作为食品包装材料已然显示出极大的负面性。

随着人们对环境问题的日益重视，生物基可降解高分子材料应运而生，成为最有可能替代石油基塑料的新一代包装材料。

根据来源和合成方法来划分，生物基高分子可分为天然高分子（如纤维素、甲壳素、明胶、蛋白质等[2]）、合成高分子（如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乙烯醇(PVA)）以及微生物发酵高分子（如聚羟基脂肪酸酯(PHAs)[3]。

它们的共同特点是在适当的氧气、温度和湿度环境下可通过微生物代谢作用分PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展杨伟军齐国闯马丕明东为富*（江南大学化学与材料工程学院）摘要：本文综述了PLA纳米复合材料在食品包装领域的研究进展，具体包括PLA/纳米木质纤维复合材料、PLA/纳米黏土复合材料、PLA/金属或金属氧化物纳米复合材料以及PLA共混聚合物纳米复合材料。

并从制备方法、力学性能、热稳定性、降解性能、紫外光/气体阻隔性能、抗菌性能、迁移性能等方面分析了各类纳米复合材料的优势，最后对PLA/纳米复合材料在食品包装的应用前景进行了展望。

关键词：聚乳酸纳米复合材料性能食品包装Research Progress ofPLABasedNanocompositesforFoodPackagingYang Weijun Qi Guochuang Ma Piming Dong Weifu*（School of Chemistry and Materials Engineering,Jiangnan University）Abstrac t：This paper reviews the research progress of PLA nanocomposites for the application of food packaging,including PLA/lignocellulosic nanocomposites,PLA/nano-clay composites,PLA/metal or metal oxide nanocomposites,PLA blend polymer based nanocomposites.Then,theperformance advantages of various nano-composite materials were analyzed from the aspects ofpreparation methods and mechanical properties,thermal stability,degradation properties,UV/gasbarrier properties,antibacterial properties and migration properties.Finally,thePLA/nanocompositesfor the application in food packaging area were predicted.Keyw ord s：PLA Nanocomposites;Performance Food packaging解成CO2、H2O、CH4等低分子化合物[3a,4]，对环境无害。