聚乳酸水滑石復(fù)合材料的合成及結(jié)構(gòu)性能*

趙維，陳佑寧（咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西咸陽712000）

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聚乳酸水滑石復(fù)合材料的合成及結(jié)構(gòu)性能*

趙維，陳佑寧
（咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西咸陽712000）

摘要：以有機改性的水滑石（LDH）為前體，采用插層置換的方法合成乳酸插層水滑石；以其與乳酸作為單體，采用原位聚合法得到聚乳酸水滑石的大分子材料。對其進行紅外光譜、示差量熱掃描（DSC）、掃描電鏡（SEM）進行分析，并對聚乳酸/LDH復(fù)合材料的分子結(jié)構(gòu)和熱學(xué)性能等進行表征。結(jié)果表明：隨著乳酸插層LDH含量的增加玻璃化溫度有所提高；且乳酸插LDH與聚乳酸之間結(jié)合緊密明顯的相間界面已經(jīng)消失。

關(guān)鍵詞：LDH；乳酸；復(fù)合材料

水滑石（Layered Double Hydroxides，簡稱LDH）是一類陰離子型層狀無機功能材料，由于其特殊的層狀結(jié)構(gòu)已在醫(yī)藥、環(huán)保、化妝品、農(nóng)膜等方面有了新的應(yīng)用［1，2］；也是制備聚合物/層狀無機復(fù)合材料的一種更為理想的層狀組分。聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性［3］，不僅具有防滲透性、良好的光澤度、清晰度、加工性、還具有更低溫度的可熱合性［4］，可以被加工成各種塑料型材、薄膜、無紡布、聚酯纖維等，也可以用于醫(yī)用縫合線（無須拆線），藥物控釋載體（減少給藥次數(shù)和給藥量），骨科內(nèi)固定材料（避免了二次手術(shù)），組織工程支架等［5］。因此，將LDH和聚乳酸這兩類極性相差很大的化合物結(jié)合在一起，充分利用兩者的優(yōu)點，可得到兼?zhèn)涠邇?yōu)異性能的新型材料，這在理論研究和實際應(yīng)用中都有著重要的意義。本課題主要利用改性的鎂鋁水滑石和聚乳酸復(fù)合來提升材料的性能，尋求聚乳酸/LDH復(fù)合材料的最佳條件及性能測試。

1　實驗部分

1.1試劑和儀器

Mg（NO3）2，Al（NO3）3，Na2CO3，HNO3（AR天津市登封化工試劑廠）；NaOH，乳酸（AR天津市恒昊科工貿(mào)有限公司）；偶聯(lián)劑（KH- 570），乙二醇（CP河南開封試劑二廠）。

BRUKER紅外光譜儀（日本）SM- 6380型掃描電鏡（日本）NETZSCH 200PC示差掃描量熱儀（德國）。

1.2聚乳酸/LDH復(fù)合材料的制備

（1）LDH的制備先稱取一定量NaOH和Na2CO3加入水配成堿溶液，再稱取一定量硝酸鎂和硝酸鋁加入水至配成鹽溶液，將這兩種溶液混合后在多頻發(fā)生器中反應(yīng)20min，晶化，干燥，得到Mg/Al- CO3型水滑石。取之加入適量的水?dāng)嚢杈鶆?，將偶?lián)劑以其濾餅質(zhì)量的5%加入，升溫至70℃劇烈攪拌1h，然后抽濾，干燥得改性LDH。

（2）乳酸/LDH復(fù)合材料的制備稱取適量的改性LDH水滑石加入乙二醇于室溫下攪拌，制成漿液（均勻的懸浮液），并升溫至70℃，繼續(xù)攪拌，同時用HNO3調(diào)節(jié)pH值至酸性。再將乳酸倒入一定量熱乙二醇中。最后將水滑石漿液滴加入乳酸溶液中，在130℃下加熱攪拌，充分反應(yīng)，然后抽濾出粉體并

水洗至pH值為中性，最后于70℃干燥24h，粉碎后得到乳酸插層LDH。

（3）聚乳酸/LDH復(fù)合材料的制備以乙二醇，乳酸和乳酸插層LDH作為單體，采用原位聚合法［6］得到聚乳酸水滑石的大分子材料。

1.2分析測試

1.2.1樣品紅外分析將樣品與KBr壓片后，在BRUKER紅外光譜儀上制作FT- IR譜圖。

1.2.2樣品熱穩(wěn)定性分析將樣品在NETZSCH 200PC示差掃描量熱儀上制作DSC譜圖

1.2.3樣品SET的測試裁取一小塊試樣，作噴金處理，在JSM- 6380型掃描電鏡進行測定，加速電壓：30kV。

2　結(jié)果與討論

2.1聚乳酸插層水滑石的紅外性能表征

圖1　聚乳酸插層Mg/Al-LDHs的FTIR譜圖Fig.1 FTIR of Mg/Al-LDHs intercalated polylactic acid

可以看出在3500～2500cm-1處有O- H伸縮振動，在1870～1650cm-1處為C=O的伸縮振動，在3000～2700cm-1處為- CH3的伸縮振動，說明聚乳酸插入Mg/Al- LDHs層間。

2.2聚乳酸插層水滑石的熱穩(wěn)定性能表征

圖2、3分別為含3%和5%乳酸插層LDH聚乳酸DSC譜圖，純聚乳酸玻璃化溫度為60℃［6］，從圖1可以看出，含3%乳酸插層LDH聚乳酸玻璃化溫度為160℃，5%乳酸插層LDH聚乳酸為213℃，說明乳酸插層LDH的加入玻璃化溫度升高，聚合物熱穩(wěn)定性提高。

圖2　含3%乳酸插層LDH聚乳酸DSC譜圖Fig.2 DSC of PLA/LDH（3%lactic acid）

圖3　含5%乳酸插層LDH聚乳酸DSC譜圖Fig.3 DSC of PLA / LDH（5%lactic acid）

2.3聚乳酸插層水滑石的掃描電鏡表征

圖4　聚乳酸插層LDH的SEM譜圖Fig.4 SEM of Mg/Al-LDHs intercalated polylactic acid

在保持表面潔凈的條件下將粉體加壓成型后，通過掃描電鏡分析得到SEM譜圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：無機層狀材料LDH與聚乳酸之間結(jié)合緊密、粘接良好，明顯的相間界面已經(jīng)消失，已無法清晰地識別出有機相與無機相接合的界面。

3　結(jié)論

（1）以Mg（NO3）2，Al（NO3）3為原料，以NaOH、無水Na2CO3為沉淀劑，采用成核/晶化隔離法合成了層間陰離子為的鎂鋁水滑石前體，然后以乙二醇為分散劑，采用插層置換合成了具有完整晶體結(jié)構(gòu)的乳酸插層鎂鋁水滑石，以其與乳酸作為單體，采用原位聚合法得到聚乳酸水滑石的大分子材料。

（2）根據(jù)FTIR的表征結(jié)果，可以得出聚乳酸成功插入了鎂鋁LDHs（主體）的層間，DSC曲線說明隨著乳酸插層LDH的含量的增加聚乳酸水滑石復(fù)合材料的玻璃化溫度升高，熱穩(wěn)定較好，通過分析SEM譜圖后可以看出LDH與聚乳酸之間結(jié)合緊密、粘接良好，明顯的相間界面已經(jīng)消失，已無法清晰地識別出有機相與無機相接合的界面。

參考文獻

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Synthesis and structure of the polylactic acid/ LDH nanocomposite*

ZHAO Wei，CHEN You-ning
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xianyang Normol University，Xianyang 712000，China）

Abstract：With organic modified hydrotalcite（LDH）as precursor，lactic acid intercalated hydrotalcite were synthesized by the method of inserted layer displacement；With its and lactic acid as monomer，by changing the content of lactic acid obtained by in situ polymerization of hydrotalcite poly（lactic acid）（PLA）the polylactic acid/ LDH materials were synthesized. The samples prepared were characterized by FTIR，DSC，SEM and molecular structure of polylactic acid/LDH composite materials and thermal properties were characterized. The results show that with the increase of lactic acid intercalating LDH Tgincreased；And lactic acid inserted between LDH and polylactic acid combined with close and clear interface has disappeared.

Key words：LDH；lactic acid；nanometer compound materials

中圖分類號：O631

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160616

收稿日期：2016- 03- 07

基金項目：陜西省科技廳科研項目（2013JM2016）；陜西省教育廳科研項目（2013JK0642）；咸陽師范學(xué)院科研項目（12XSYK021）

作者簡介：趙維（1971-），女，漢，陜西興平人，博士，教授，主要從事功能材料的研究。