超韧聚乳酸/乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯共混物的制备与性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230345

摘要/Abstract

摘要：

向聚乳酸（PLA）和乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯（EBA-GMA）接枝共聚物的共混物PLA/EBA-GMA（质量比，70/30）中引入催化剂（N，N-二甲基十八胺，DMSA），通过促进PLA与EBA-GMA的原位反应增容来提高共混体系的冲击韧性，并研究了DMSA质量分数对共混体系力学性能的影响。结果显示，未添加DMSA时，PLA/EBA-GMA（70/30）共混物的冲击强度仅为10.9 kJ/m²。当DMSA质量分数为0.5%时，PLA/EBA-GMA（70/30）共混物的冲击强度高达63.1 kJ/m²。共混物结构与形态表征结果表明，添加少量DMSA就能有效促进EBA-GMA上环氧基团与聚乳酸端基的反应活性，提高PLA/EBA-GMA共混物的冲击韧性。

关键词: 聚乳酸, 乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物, 催化剂, 增韧

Abstract:

This article introduces a catalyst，（N，N-dimethyl-octadecylamine， DMSA）， into the blend of poly（lactic acid）（PLA） and ethylene-butyl acrylate-glycidyl methacrylate graft copolymer （EBA-GMA）， to improve the impact toughness of the PLA/EBA-GMA （70/30） blend system through the promotion of in-situ reaction between PLA and EBA-GMA. The influence of DMSA content on the mechanical properties of the blend system was investigated. The results show that the impact strength of the PLA/EBA-GMA （70/30） blend without DMSA is only 10.9 kJ/m². When the content of DMSA is 0.5%， the impact strength of the PLA/EBA-GMA （70/30） blend reaches as high as 63.1 kJ/m². Structural and morphological characterizations indicate that the addition of a small amount of DMSA effectively promotes the reactivity between epoxy groups on EBA-GMA and terminal groups of PLA， thereby enhancing the impact toughness of the PLA/EBA-GMA blend.

Key words: Poly（lactic acid）, Ethylene-butyl acrylate-glycidyl methacrylate graft copolymer, Catalyst, Toughening

中图分类号:

O631

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图/表 11

图1 不同DMSA质量分数的PLA/EBA-GMA/DMSA（70/30）共混体系的FT-IR光谱

Fig.1 FT-IR spectra of PLA/EBA-GMA/DMSA （70/30） blends with different DMSA contents

图2 不同DMSA质量分数的PLA/EBA-GMA/DMSA（70/30）共混体系脆断表面的SEM图A. 0%； B. 0.1%； C. 0.2%； D. 0.5%

Fig.2 SEM images for cryo-fractured surfaces of PLA/EBA-GMA/DMSA（70/30） blends with different mass fraction of DMSA

图3 不同DMSA质量分数的PLA/EBA-GMA/DMSA（70/30）共混体系脆断表面刻蚀后的SEM图像A. 0%； B. 0.1%； C. 0.2%； D. 0.5%

Fig.3 SEM images of PLA/EBA-GMA/DMSA （70/30） blends with different mass fraction of DMSA after etching the cryo-fracture surface

表1 添加DMSA前后PLA/EBA-GMA/DMSA（70/30）共混体系中分散相的粒径尺寸

Table 1 Particle size of the dispersed phase in PLA/EBA-GMA/DMSA （70/30） blend system before and after DMSA addition

Sample	w（DMSA）/%	D_n/μm	Impact strength/（kJ·m^-2）
PLA/EBA-GMA（70/30）	0	40.9	10.9
	0.1	28.8	39.2
	0.2	12.7	44.9
	0.5	9.2	63.1

图4 不同DMSA质量分数的PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系Tanδ曲线随温度的变化

Fig.4 Tanδ curves of PLA/EBA-GMA （70/30） blends with different DMSA contents as a function of temperature

表2 不同DMSA质量分数的PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系中各组分的Tg

Table 2 Tg of each component in PLA/EBA-GMA （70/30） blends with different mass fraction of DMSA

Sample	w（DMSA）/%	T_g1/℃	T_g2/℃	ΔT_g/℃
PLA/EBA?GMA（70/30）	0	-44.1	66.9	111.0
	0.1	-38.7	65.8	104.5
	0.2	-35.7	65.7	101.4
	0.3	-32.7	66.0	98.7
	0.5	-34.5	64.5	99.0

图5 未添加催化剂时EBA-GMA含量的变化对PLA/EBA-GMA共混体系冲击强度的影响

Fig.5 Impact strength as a function of EBA-GMA content of PLA/EBA-GMA blends without DMSA

图6 PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系的冲击强度随DMSA质量分数的变化

Fig.6 Impact strength of PLA/EBA-GMA （70/30） blends as function of the mass fraction of DMSA

表3 PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系拉伸性能随DMSA质量分数的变化

Table 3 Tensile properties of PLA/EBA-GMA （70/30） blends with different mass fraction of DMSA

Samples	w（DMSA）/%	Tensile strength/MPa	Elongation at break/%	Tensile modulus/GPa
PLA		76.3±0.7	8.8±0.0	2.1±0.2
PLA/EBA-GMA （70/30）	0	32.5±0.5	20.7±1.0	1.3±0.1
PLA/EBA-GMA （70/30）	0.1	29.7±1.1	24.1±0.6	1.1±0.1
PLA/EBA-GMA （70/30）	0.2	24.5±1.0	17.5±1.3	0.9±0.1
PLA/EBA-GMA （70/30）	0.3	24.1±1.2	18.4±0.5	0.8±0.1
PLA/EBA-GMA （70/30）	0.5	19.6±1.4	21.4±1.9	0.5±0.2

图7 添加催化剂DMSA前后PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系形态演变示意图

Fig.7 Schematic diagram of the morphology evolution of PLA/EBA-GMA （70/30） blends with adding catalyst DMSA

图8 DMSA加入后PLA/EBA-GMA（70/30）共混体系中可能发生的反应

Fig.8 The possible reactions in PLA/EBA-GMA （70/30） blends with DMSA addition

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