改进聚乳酸机械性能和阻燃性能的新方法

改进聚乳酸机械性能和阻燃性能的新方法

        聚乳酸（PLA）是可再生能源中最有名的生物降解聚酯，如玉米淀粉，马铃薯淀粉和甜菜，估计将替代石油基商品聚合物。尽管PLA是在新型环保材料领域中十分有前景的聚合物，可是它结晶化很慢，很容易被引燃，这影响了它做为工程材料在电子和汽车工业中的采用。

科研人员制取了納米ZIF-8@GO杂化物，并将它们加入到PLA基质中以制取PLA纳米复合材料。在磁力搅拌下将烘干的PLA溶解在40mL氯仿中2个小时。经过超声处理将一定的ZIF-8@GO分散化在氯仿中以产生均匀分散化体，随后倒进PLA溶液中。将混合物搅拌4个小时并保持30min将溶液中的泡沫去除。随后采用自动涂布机将混合溶液浇铸成膜。在常温下蒸发氯仿溶剂后，将膜在50℃的烘箱中烘干48个小时以更进一步去除残余溶剂。制取了具备0，0.05，0.5和2wt％ZIF-8@GO的PLA纳米复合材料，分別简写为PLA-0，PLA-1，PLA-2和PLA-3。还制取了具备0.5wt％ZIF-8的PLA复合物，简写为PLA/ZIF-8。

经过LOI和UL-94垂直燃烧检测研究PLA纳米复合材料的燃烧特性。通常以为纯PLA是一种易燃性聚合物，其LOI数值21.0％，沒有做到UL-94任何级别。针对PLA纳米复合材料，当ZIF-8@GO的成分为0.5wt％时，LOI提升并做到最大值，另外UL-94垂直燃烧检测中的自熄時间愈来愈短，纳米复合材料的UL-94检测做到V-2级别。这类表明ZIF-8@GO可以做为PLA的有效阻燃剂。因为ZIF-8@GO的团聚反应，PLA-3的LOI较PLA-2反而下降了，且自熄時间略微提升。

对PLA纳米复合材料的机械性能检测结论，纯PLA的抗拉强度约为35.83MPa，断裂伸长率为17.66％，这表明PLA是一种刚性聚合物。ZIF-8@GO的加入造成抗拉强度的上升趋向。例如，具备0.5wt％ZIF-8@GO成分的PLA-2呈现出49.63MPa的抗拉强度和24.1％的断裂伸长率。机械性能的提高可能是ZIF-8@GO晶体在PLA基体中的优良分散来解释。此外，纳米ZIF-8和GO的高纵横比可以将大量的PLA链截留在它们的表面上，这造成强烈的填料/基体间的相互作用和优良的增强效果。在断裂伸长的情形下，粒子间距离也对机械性能的提高有一定程度的贡献。GO的增强功能可以利用PLA/ZIF-8和PLA-2的抗拉强度来解释。PLA/ZIF-8的抗拉强度为42.92MPa，低过PLA-2。伴随ZIF-8@GO的加载量达到2wt％，抗拉强度和伸长率的值突然减低，这也是因为填料聚集造成裂纹的生成和机械性能的减低。

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