聚乳酸水滑石复合材料的合成及结构性能*

赵维，陈佑宁（咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000）



聚乳酸水滑石复合材料的合成及结构性能*

赵维，陈佑宁
（咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000）

摘要：以有机改性的水滑石（LDH）为前体，采用插层置换的方法合成乳酸插层水滑石；以其与乳酸作为单体，采用原位聚合法得到聚乳酸水滑石的大分子材料。对其进行红外光谱、示差量热扫描（DSC）、扫描电镜（SEM）进行分析，并对聚乳酸/LDH复合材料的分子结构和热学性能等进行表征。结果表明：随着乳酸插层LDH含量的增加玻璃化温度有所提高；且乳酸插LDH与聚乳酸之间结合紧密明显的相间界面已经消失。

关键词：LDH；乳酸；复合材料

水滑石（Layered Double Hydroxides，简称LDH）是一类阴离子型层状无机功能材料，由于其特殊的层状结构已在医药、环保、化妆品、农膜等方面有了新的应用［1，2］；也是制备聚合物/层状无机复合材料的一种更为理想的层状组分。聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性［3］，不仅具有防渗透性、良好的光泽度、清晰度、加工性、还具有更低温度的可热合性［4］，可以被加工成各种塑料型材、薄膜、无纺布、聚酯纤维等，也可以用于医用缝合线（无须拆线），药物控释载体（减少给药次数和给药量），骨科内固定材料（避免了二次手术），组织工程支架等［5］。因此，将LDH和聚乳酸这两类极性相差很大的化合物结合在一起，充分利用两者的优点，可得到兼备二者优异性能的新型材料，这在理论研究和实际应用中都有着重要的意义。本课题主要利用改性的镁铝水滑石和聚乳酸复合来提升材料的性能，寻求聚乳酸/LDH复合材料的最佳条件及性能测试。

1　实验部分

1.1试剂和仪器

Mg（NO3）2，Al（NO3）3，Na2CO3，HNO3（AR天津市登封化工试剂厂）；NaOH，乳酸（AR天津市恒昊科工贸有限公司）；偶联剂（KH- 570），乙二醇（CP河南开封试剂二厂）。

BRUKER红外光谱仪（日本）SM- 6380型扫描电镜（日本）NETZSCH 200PC示差扫描量热仪（德国）。

1.2聚乳酸/LDH复合材料的制备

（1）LDH的制备先称取一定量NaOH和Na2CO3加入水配成碱溶液，再称取一定量硝酸镁和硝酸铝加入水至配成盐溶液，将这两种溶液混合后在多频发生器中反应20min，晶化，干燥，得到Mg/Al- CO3型水滑石。取之加入适量的水搅拌均匀，将偶联剂以其滤饼质量的5%加入，升温至70℃剧烈搅拌1h，然后抽滤，干燥得改性LDH。

（2）乳酸/LDH复合材料的制备称取适量的改性LDH水滑石加入乙二醇于室温下搅拌，制成浆液（均匀的悬浮液），并升温至70℃，继续搅拌，同时用HNO3调节pH值至酸性。再将乳酸倒入一定量热乙二醇中。最后将水滑石浆液滴加入乳酸溶液中，在130℃下加热搅拌，充分反应，然后抽滤出粉体并

水洗至pH值为中性，最后于70℃干燥24h，粉碎后得到乳酸插层LDH。

（3）聚乳酸/LDH复合材料的制备以乙二醇，乳酸和乳酸插层LDH作为单体，采用原位聚合法［6］得到聚乳酸水滑石的大分子材料。

1.2分析测试

1.2.1样品红外分析将样品与KBr压片后，在BRUKER红外光谱仪上制作FT- IR谱图。

1.2.2样品热稳定性分析将样品在NETZSCH 200PC示差扫描量热仪上制作DSC谱图

1.2.3样品SET的测试裁取一小块试样，作喷金处理，在JSM- 6380型扫描电镜进行测定，加速电压：30kV。

2　结果与讨论

2.1聚乳酸插层水滑石的红外性能表征

图1　聚乳酸插层Mg/Al-LDHs的FTIR谱图Fig.1 FTIR of Mg/Al-LDHs intercalated polylactic acid

可以看出在3500～2500cm-1处有O- H伸缩振动，在1870～1650cm-1处为C=O的伸缩振动，在3000～2700cm-1处为- CH3的伸缩振动，说明聚乳酸插入Mg/Al- LDHs层间。

2.2聚乳酸插层水滑石的热稳定性能表征

图2、3分别为含3%和5%乳酸插层LDH聚乳酸DSC谱图，纯聚乳酸玻璃化温度为60℃［6］，从图1可以看出，含3%乳酸插层LDH聚乳酸玻璃化温度为160℃，5%乳酸插层LDH聚乳酸为213℃，说明乳酸插层LDH的加入玻璃化温度升高，聚合物热稳定性提高。

图2　含3%乳酸插层LDH聚乳酸DSC谱图Fig.2 DSC of PLA/LDH（3%lactic acid）

图3　含5%乳酸插层LDH聚乳酸DSC谱图Fig.3 DSC of PLA / LDH（5%lactic acid）

2.3聚乳酸插层水滑石的扫描电镜表征

图4　聚乳酸插层LDH的SEM谱图Fig.4 SEM of Mg/Al-LDHs intercalated polylactic acid

在保持表面洁净的条件下将粉体加压成型后，通过扫描电镜分析得到SEM谱图，结果发现：无机层状材料LDH与聚乳酸之间结合紧密、粘接良好，明显的相间界面已经消失，已无法清晰地识别出有机相与无机相接合的界面。

3　结论

（1）以Mg（NO3）2，Al（NO3）3为原料，以NaOH、无水Na2CO3为沉淀剂，采用成核/晶化隔离法合成了层间阴离子为的镁铝水滑石前体，然后以乙二醇为分散剂，采用插层置换合成了具有完整晶体结构的乳酸插层镁铝水滑石，以其与乳酸作为单体，采用原位聚合法得到聚乳酸水滑石的大分子材料。

（2）根据FTIR的表征结果，可以得出聚乳酸成功插入了镁铝LDHs（主体）的层间，DSC曲线说明随着乳酸插层LDH的含量的增加聚乳酸水滑石复合材料的玻璃化温度升高，热稳定较好，通过分析SEM谱图后可以看出LDH与聚乳酸之间结合紧密、粘接良好，明显的相间界面已经消失，已无法清晰地识别出有机相与无机相接合的界面。

参考文献

［1］刘鑫，舒万艮，桂客，等.十二烷基苯磺酸柱撑类水滑石的热稳定性研究［J］.中国塑料，2004，18（10）：70- 72.

［2］杜以波，DG. Evans，孙鹏，等.阴离子型层柱材料研究进展［J］.化学通报，2000，22（5），20- 24.

［3］王文涛，甄卫军，卞生珍，等.原位聚合法制备聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石纳米复合材料及其结构表征［J］.高分子学报，2015，（7）：770- 776.

［4］左迎峰，顾继友，张彦华，等.增塑剂种类对淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响［J］.功能材料2015，46（6）：06044- 06048.

［5］眭伟民，余显芳，王雨民.聚乳酸的合成及性能的研究［J］.中国纺织大学学报，1995，22（5）：9- 13.

［6］郑敦胜，郭锡坤，贺璇，等.生物高分子聚乳酸的研制与开发［J］.吉林化工学院学报，2001，18（1）：9- 14.

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

中图分类号：O631

文献标识码：A

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

收稿日期：2016- 03- 07

基金项目：陕西省科技厅科研项目（2013JM2016）；陕西省教育厅科研项目（2013JK0642）；咸阳师范学院科研项目（12XSYK021）

作者简介：赵维（1971-），女，汉，陕西兴平人，博士，教授，主要从事功能材料的研究。