Plastificación y modificación de endurecimiento del PLA

El ácido poliláctico (PLA) tiene excelentes propiedades, como alta resistencia mecánica, ductilidad y buena biocompatibilidad. Es fácil de procesar y puede procesarse en productos mediante varios métodos, entre los cuales el moldeo por soplado y el termoplástico son los más utilizados. Su aplicación implica una amplia gama de campos como aeroespacial, medicina, envasado, etc., y tiene una perspectiva de aplicación muy prometedora.

Sin embargo, las deficiencias de PLA, como la fragilidad excesiva, la mala resistencia al calor y la dificultad en la formación de películas, limitan en gran medida el desarrollo de su aplicación en varios campos. Por lo tanto, es necesario modificar PLA para aumentar su flexibilidad y expandir su rango de aplicación. En la actualidad, los métodos para aumentar la flexibilidad del PLA incluyen principalmente dos métodos: modificación de plastificación al agregar plastificante y modificación de endurecimiento al agregar una mezcla de material resistente.

01. PAGSModificación de la duración de PLA

Al sintetizar materiales compuestos de PLA, se puede agregar una pequeña cantidad de plastificante para mejorar la flexibilidad del PLA, reducir la temperatura de transición de vidrio (TG), mejorar las propiedades de procesamiento y las propiedades mecánicas del PLA, y facilitar la forma.

Mecanismo de plastificación del PLA

La cadena molecular del PLA se enreda fácilmente entre sí debido a sus grupos polares, que obstaculizan su movimiento después del enredo, lo que resulta en mala flexibilidad. PLA de plastificación significa reducir la atracción mutua entre las cadenas moleculares del PLA, lo que lo hace más fluido y es menos probable que se enrede entre sí. En la actualidad, el método de plastificación del PLA es agregar una cantidad adecuada de plastificante durante el procesamiento del PLA, y hay dos métodos principales para que el plastificante desempeñe un papel:

El primero es el método de acción directa, es decir, cuando el PLA y el plastificante se mezclan, las moléculas de plastificante se llenan entre las cadenas moleculares del PLA, la distancia entre las grandes cadenas moleculares se agranda y el espacio móvil aumenta, de modo que la molecular Las cadenas no se enredan fácilmente entre sí, y se logra el propósito de plastificar el PLA.

El segundo es el método de acción indirecta, es decir, agregar plastificante polar, el grupo polar de plastificante actúa en la parte polar del PLA, destruye el grupo de éster polar en la cadena molecular PLA, debilita la atracción entre las cadenas moleculares y aumenta la fluidez.

PLA de polietilenglicol (PEG) plastificado

PEG es uno de los muchos plastificantes adecuados para PLA, y tiene un efecto notable en la plastificación y modificación del PLA. PEG PLACTIZADO El PLA puede aumentar el alargamiento en la ruptura y la resistencia al impacto, pero la resistencia a la tracción a veces disminuye. La razón es que, aunque PEG tiene un buen efecto en la plastificación y el ELP de endurecimiento, debido a la mala compatibilidad entre PEG y PLA, la resistencia del PLA plastificado se reduce considerablemente y la estabilidad térmica es pobre. Este problema aún debe resolverse.

PLA plastificado de citrato

El citrato tiene un grupo de éster polar, que actúa directamente sobre el grupo polar en la cadena molecular al plastificar el PLA, causando daños, mejorando así la actividad de movimiento del segmento de PLA y mejorando la flexibilidad del PLA. El citrato de tributilo (TBC) y el citrato de trietilo (TEC) son comunes entre los plastificantes de citrato. El citrato de butilo de acetilo (ATBC) se obtiene procesando y optimizando TBC. En términos de rendimiento, ATBC conserva las ventajas del TBC original, pero su efecto como plastificante es mejor que TBC.

PLA plastificado a base de aceite vegetal

Como su nombre indica, los plastificantes de aceite vegetal se extraen de las plantas y pertenecen a materiales de protección del medio ambiente natural. Tienen una buena tendencia de desarrollo de plastificación y modificación del PLA. La modificación de los plastificantes de aceite vegetal biológico puede mejorar el efecto de plastificación y puede garantizar las propiedades mecánicas originales del PLA. El uso de la polimerización de plastificante de aceite vegetal puede aumentar su efecto de plastificación. Algunos académicos utilizaron aceite de palma poleepoxi (PEPO) como plastificante para preparar la mezcla PLA/PEPO por tecnología de vulcanización dinámica. Los resultados muestran que la deformación plástica ocurre entre la fase PEPO y el PLA. Cuando se agrega al 20% de PEPO, el alargamiento al descanso aumenta al 100%, que es 10 veces el de PLA puro.

02. TModificación de Oughing de la mezcla de PLA

En la actualidad, los materiales de mezcla utilizados para el endurecimiento y la modificación del PLA incluyen principalmente resinas flexibles y degradables, elastómeros, nanopartículas inorgánicas, fibras vegetales, almidón, etc.

PLA modificado de resina degradable flexible

Las resinas flexibles y degradables han logrado excelentes resultados en el endurecimiento del PLA debido a su excelente flexibilidad. Sin embargo, la compatibilidad de las resinas degradables cuando se mezcla con PLA no es buena, y los compatibilizantes deben agregarse para la compatibilización. Cuando la resina flexible se combina y se endurece, es probable que la resistencia del PLA se reduzca considerablemente, lo que puede mejorarse agregando otros materiales con excelente resistencia. Por ejemplo, PLA/PBS se puede mejorar con la celulosa microcristalina (MCC). Cuando se añadió al 20% de PBS, las mezclas tenían la mejor compatibilidad y las propiedades de tracción disminuyeron. Cuando se agregó MCC, la estabilidad térmica mejoró y las propiedades de tracción no disminuyeron significativamente. Cuando el contenido de masa de MCC era superior al 0,5%, las propiedades de tracción aumentaron.

Elastómero endurecido Modificado PLA

Los elastómeros han logrado buenos resultados en el ELP de endurecimiento debido a su excelente flexibilidad. En la actualidad, hay principalmente tres tipos de caucho natural, caucho sintético y elastómero termoplástico. Entre ellos, el caucho natural y el elastómero termoplástico son más comunes en el endurecimiento y el PLA modificado.

El poliuretano termoplástico (TPU) tiene alta dureza, durabilidad y buena biocompatibilidad, y tiene un gran potencial para endurecer el PLA. Los elastómeros pueden mejorar efectivamente la resistencia del PLA, pero los compuestos no tienen biodegradabilidad, lo que no es propicio para el medio ambiente y debe mejorarse.

PLA modificado de endurecimiento de partículas rígidas inorgánicas

Las partículas rígidas inorgánicas tienen rigidez y pueden aumentar la resistencia de los materiales de PLA mientras se endurecen el PLA. En la actualidad, los nanotubos de nano-caco3, nano-sic, nano-sio2 y de carbono (CNT) se utilizan principalmente para endurecer el PLA.

Las partículas rígidas inorgánicas tienen un efecto limitado en el PLA de endurecimiento. Combinarlo con otros materiales flexibles para endurecer el PLA puede hacer que el PLA sea difícil y difícil. Por ejemplo, el PLA se puede mezclar fundido agregando caucho natural epoxidizado (ENR) y nano-sílica (NSIO2) para preparar compuestos PLA/ENR-30/NSIO2. Después de agregar NSIO2, la resistencia al impacto del material mejora significativamente, que es 1.1-1.8 veces mayor que la de la mezcla PLA/Enr HAP pura y 6.3-10.8 veces mayor que la del PLA.

Fibra de plantas Endardamiento modificado PLA

Las fibras vegetales se extraen de plantas naturales y tienen una excelente biocompatibilidad y flexibilidad. La mezcla de fibras vegetales con PLA puede mejorar las propiedades mecánicas y térmicas del PLA, reducir su costo y retener la buena biocompatibilidad y biodegradabilidad del PLA en sí. Las fibras vegetales también pueden endurecer sinérgicamente el PLA junto con los plastificantes, y el efecto de endurecimiento es mejor.

PLA modificado endurecido con almidón

El almidón es un material biológico natural puro con excelente biocompatibilidad, ductilidad y propiedades mecánicas. Debido a que tiene propiedades similares al PLA, a menudo se usa para llenar el PLA, lo que puede fortalecer el PLA y mejorar su dureza al tiempo que reduce el costo del PLA. Debido a la incompatibilidad termodinámica entre el almidón y el PLA, se debe agregar un compatibilizador para mejorar la compatibilidad interfacial durante la mezcla.

Por ejemplo, se añadió aceite de sésamo no oxidado (ESO) al PLA y almidón de ñame termoplástico (TPS) para preparar una mezcla PLA/TPS/ESO por extrusión. Los resultados mostraron que cuando se añadió 3% ESO, el módulo elástico de tracción y la resistencia a la tracción aproximadamente se duplicaron, y la deformabilidad de la mezcla libre de ESO aumentó en más del 70%.

El uso de epoxidación de almidón como estructura de núcleo y luego mezclar con PLA no solo puede mejorar en gran medida la dureza, sino que también garantizar que la fuerza del PLA no disminuya significativamente.

03. Conclusión

Modificado agregando plastificante o mezclando con resina de degradable flexible y elastómero, la resistencia a la tracción y la estabilidad térmica del PLA se reducirán considerablemente, y el material obtenido mediante la mezcla con elastómero no es biodegradable. Y el efecto de mezcla de las partículas rígidas inorgánicas no es obvio, y la compatibilidad de la mezcla con las fibras y el almidón de las plantas es pobre.

Las siguientes sugerencias se presentan para la plastificación futura y la modificación de endurecimiento del PLA:

(1) desarrollar nuevos plastificantes para compensar las deficiencias de los plastificantes actuales para mejorar las propiedades mecánicas del PLA;

(2) Agregue un compatibilizador adecuado para mejorar la compatibilidad entre PLA y otros materiales;

(3) Encuentre materiales biológicos adecuados para garantizar la resistencia mecánica del PLA tanto como sea posible al mezclar con PLA.

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