摘 要

随着世界人口的急剧膨胀，人类对全球资源的过度开发，从石油、煤炭等化学资源合成的高分子材料制品的大量生产、消费和遗弃等引起的环保问题日趋严重，人们已经开始意识到环境保护的重要性，因此急需寻找替代品。聚乳酸属于生物可降解环保型聚合物，但是韧性较差，一般需要对其进行增韧改性。塑木复合材料是国内近年来热门的新型复合材料，指利用一些热塑性塑料，如聚乙烯、聚丙烯等，与一定量的木粉、秸秆、谷糠等植物纤维混合制成的。将聚乳酸和木粉混合而制成的聚乳酸基塑木复合材料不仅保留了木粉的着色性，还因塑料带来了良好的加工性、耐水性等。本文通过高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的不同比例的混杂增韧改性聚乳酸，再加入木粉，通过熔融挤出从而制得聚乳酸基塑木复合材料，注塑得到样条进行力学性能测试。实验结果表明，当PLA:HDPE:LDPE:木粉质量比为50:10:10:30时，冲击强度最大，可达到47.78KJ/m²左右，增韧效果最好；当复合材料在水中浸泡后，冲击性能明显降低。

关键词：聚乳酸；高密度聚乙烯；低密度聚乙烯；增韧；塑木复合材料

STUDY ON TOUGHENING MODIFICATION OF HDPE/LDPE/PLA/WOOD FLOUR COMPOSITES

ABSTRACT

With the fast rising for world population, the environmental problem has become increasingly serious resulting from the excessive exploitation of people, such as the problem of production, consumption and abandoned of some polymer materials products from oil, coal and so on chemical resources. People have already been aware of the importance of environmental protection, so we need to find alternatives. PLA is

biodegradable and environmentally friendly polymer, but it has poor toughnes, so it need to be toughening generally. WPC is a new type of composite materials in domestic popular in recent years, using of thermoplastic plastics, such as polyethylene, polypropylene, etc, with a certain amount of wood powder, straw, chaff blend fiber. Polylactic acid mixing with wood powder will form poly lactic acid base plastic wood composite materials. Then it not only retains the coloring of wood powder, but also brings good processability because of plastics, and water resistance. In this paper, high density polyethylene and low density polyethylene mix of different proportions toughening modified poly lactic acid, with wood powder, and we will get poly lactic acid base plastic wood composite materials through melt extrusion. And then splines from injection take the mechanics performance test. The experiment result shows when PLA:HDPE:LDPE: wood powder is 50:10:10:30, the impact strength of system get maximum(47.78KJ/m²)and the toughening effect is best. After the composites soaked in water, the impact strength has decreased obviously.

Key words: PLA; HDPE; LDPE; Toughness; Plastics-wood composites

目 录

1 绪论………………………………………………………………………………………………1

1.1 聚乳酸的简介……………………………………………………………………………1

1.2 聚乳酸的性质……………………………………………………………………………2

1.2.1 物理及力学性能…………………………………………………………………2

1.2.2 降解性……………………………………………………………………………3

1.2.3 其他性能…………………………………………………………………………4

1.3 聚乳酸的改性……………………………………………………………………………4

1.3.1 PLA与天然高分子共混………………………………………………………….5

1.3.2 PLA与聚酯类共混……………………………………………………………....7

1.3.3 PLA与烯烃类共混……………………………………………………………….8

1.4 聚乳酸的生产现状及应用………………………………………………………………9

1.5 PLA基塑木复合材料…………………………………………………………………..10

2 实验材料与方法………………………………………………………………………………..13

2.1 引言……………………………………………………………………………………..13

2.2 实验部分………………………………………………………………………………..14

2.2.1 实验原料………………………………………………………………………..14

2.2.2 实验设备………………………………………………………………………..14

2.2.3 试样制备………………………………………………………………………..16

2.2.4 性能测试………………………………………………………………………..17

3 实验结果与讨论 ………………………………………………………………………………18

3.1冲击性能………………………………………………………………………………….18

3.2 拉伸性能…………………………………………………………………………………19

3.3 弯曲性能…………………………………………………………………………………20

3.4 吸水性……………………………………………………………………………………21

结论………………………………………………………………………………………………..22

致谢……………………………………………………………………………………………......23

参考文献…………………………………………………………………………………………..24

1 绪论

• 1. 聚乳酸简介

随着科学技术和工业飞速发展，塑料工业化产链也日趋完备，工厂可以在较短时间内生产出大量的产品，给人们的生活带来了极大的便利。但是工业的迅速发展也带来了较多的环境问题，产生的废料、废气、废水等对土地、空气、河流等自然资源造成污染，再加上由于石油资源广泛开发利用带来的石油危机，研究开发可降解的聚合物的必要性和紧迫性逐渐凸显。而在多种可降解的聚合物之中，聚乳酸作为绿色高分子材料，是最有发展前景的。

聚乳酸（Polylactic acid），简称PLA，又称“聚丙交酯”，是一种无毒、无刺激性、具有良好生物相容性、可完全生物降解、可再生和可加工成型的的高分子材料，根据不一样的立体构型，聚乳酸可分为聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)，其中最易制得的是聚左旋乳酸和聚右旋乳酸^[1]。PLA是以玉米、马铃薯为原料，在其中提取的淀粉转化为葡萄糖，再将葡萄糖发酵转化为乳酸，再将乳酸进一步聚合而成的。聚乳酸最大最突出的优点是在自然界中可循环，它的原料是可再生的生物资源，因此不再依赖于石油等资源，并且其生产制造过程能耗比聚丙烯、聚苯乙烯、PET及PA6等石油基高分子低，它的废弃物通过水解和一系列生物代谢完全转变为二氧化碳和水，对人体无害无毒，也对环境没有污染，没有伤害。聚乳酸是高强度、高模量、力学性能优良的材料，性能与聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等通用塑料相近，可采用注塑、挤出、纺丝等工艺进行加工，制成纤维、薄膜、片材、板材等，经过熔融热成型、纺织等二次加工后的制品，可以广泛地应用于服装、包装、农业、汽车、电子、生物医药等众多领域。但是因为亲水性差、脆性大、韧性差、耐冲击性能不好、降解周期长等缺点，限制了其生产及应用范围。

制备聚乳酸的原料是乳酸，乳酸是一种有机小分子物质，单个乳酸分子含有羟基和羧基。目前，聚乳酸主要有乳酸直接缩聚法（“一步法”）和丙交酯开环聚合法（“两步法”）两种生产技术。乳酸的直接缩合（“一步法”）是利用乳酸的活性，在高温高压下直接发生脱水缩合反应，合成聚乳酸。这种方法具有生产工艺简单、流程短、设备投资小、产品成本较低、化学原料及试剂用量少的特点，但其生产的聚乳酸分子量偏低，分子量分布较宽，而且聚合温度超过180℃的时候，通常导致产品带色。丙交酯开环聚合法是目前国内外生产企业普遍采用的生产技术，是先以乳酸为原料，在引发剂或催化剂存在下制备成二聚体丙交酯后，再进行丙交酯开环聚合生产聚乳酸。这种方法可以改变催化剂的种类和浓度，进而提高聚乳酸的分子量，最高可以达到70万～100万，虽然这种方法制备的聚乳酸分子量高，品质好，但是过程复杂，成本较高^[2]。丙交酯的开环聚合是制备高分子量的聚乳酸的最佳方法，它具有化学精确控制的可能性，这一特征使其适合大规模生产，但这也是聚乳酸树脂价格较高的原因之一。