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橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)

PLA/Talc 复合材料结晶动力学研究

毛佩林
( 江西省建筑材料工业科学研究设计院 , 江西 南昌 330001)

摘要 ： 采用密炼机熔融混炼制备了聚乳酸 (PLA) 基生物降解材料，并以滑石粉 (Talc) 作为成核剂，聚乙二醇 (PEG) 为增塑剂，
研究了它们单独以及共同对 PLA 结晶能力的影响。使用 DSC 和热台偏光显微镜研究了 PLA/Talc、PLA/PEG 和 PLA/PEG/Talc
共混体系的等温结晶动力学，对所得数据用 Avrami 方程进行了处理，并计算了其活化能，结果表明 ：随着 Talc 的不断加入，加
快了成核速率和球晶生长速率，缩短了半结晶时间并降低了活化能，表明 Talc 是有效的成核剂。而 PEG 的不断加入，提高了其
结晶温度区间，并且球晶尺寸变得更大、更加完善，说明 PEG 是一个很好的增塑剂。
关键词 ： 结晶动力学 ；活化能 ；成核速率 ；结晶温度 ；球晶尺寸
中图分类号 ： TQ321 文章编号 ： 1009-797X(2018)24-0014-09
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2018.24.003

国内外有关 PLA 结晶性能的研究多集中在 PLA 聚乙二醇，PEG-1000，常州佳华化工有限公司 ；滑
的结晶性能和熔融双峰的特性，而对 PLA 结晶动力学 石粉，工业级，常州卓邦化工有限公司。
以及其结晶速率缓慢的问题没有进行深入的研究探讨。 1.2 实验设备
有研究报道了 PLA 在几种无机纳米粒条件下的结晶动 WT2000IFY 型电子天平，常州万泰天平机械有限
力学，但对制约 PLA 结晶速率的因素没有进行进一步 公司 ； GZX-9070B 型电热恒温鼓风干燥箱，上海上
的探讨。PLA 结晶速率慢主要是由于其成核速率慢和 迈电子仪器有限公司 ； DZF-6020 型真空干燥箱，上
其球晶生长速率慢导致的。对于纯 PLA，生长速率慢 海慧泰仪器有限公司 ； SUYUAN-70DSC4000 型密炼
是制约其结晶速率的主要原因，故可以通过加入增塑 机，常州溯源橡塑科技有限公司 ； XLBD350×350×2
剂来提高 PLA 的分子链段运动能，进而提高球晶生长 型 平板 硫 化机，常 州 第 一橡 塑 设备 厂 ； ECLIPSE
速率和结晶度 [1~3] 。在 PLA 加工时加入有机成核剂熔融 50i POL 型差示扫描量热仪，Perkin Elmer 公司 ；
在 PLA 基体中并分散均匀，可以在实现成核的前提下
ECLIPSE 50i POL 型热台偏光显微镜，日本尼康公司。
不影响 PLA 基体的性能。对于增塑剂与成核剂共同作
1.3 样品制备
用的 PLA 体系，增塑剂的加入一方面使 PLA 分子链段
将 PLA 置于 80℃恒温干燥箱中干燥 5~6 h，聚乙
的运动能力得到提高，可以规整排列参与成核或结晶，
二醇 (PEG-1000) 或滑石粉 (Talc) 置于真空干燥烘箱
这有利于提高成核速率或球晶生成速率 [4~5] ；另一方面
中充分干燥，再按一定的配比加入到密炼机中熔融混
PLA 晶核会被增塑剂对晶核的溶剂化效应破坏，这就 合，温度设为 180 ℃，转速为 80 r/min，充分密炼 6
降低 PLA 自身或在成核剂作用下的成核速率 [6] 。
min 后取出即得样品。
本 课题 主 要 研究 成 核剂（ 滑 石 粉） 和 增 塑剂 对
1.3.1 PLA/PEG 复合材料制备
PLA 结晶效果的影响因素。主要通过偏光显微镜和
试样中加入 PEG 含量分别为 2.5%、5%、7.5%、
DSC 来研究 PLA/Talc、PLA/PEG 和 PLA/Talc/PEG
10%（质量分数），具体配比见表 1。
复合材料的等温结晶动力学，同时也研究 PLA 结晶性
表 1 PLA/PEG 复合材料配方
能与力学性能的关系。通过等温结晶动力学研究成核
编号 PLA/g PEG/g
剂、增塑剂和等温结晶温度对球晶成核速率和生长速 2-1 50.7 1.3
2-2 49.4 2.6
率的影响。
2-3 48.1 3.9
2-4 46.8 5.2
1 实验部分 作者简介 ：毛佩林 (1988-)，男，工程师，硕士研究生，
1.1 实验原料 主要从事建筑材料研究及检测。
5
聚乳酸，M W =1.5×10 ，美国 Nature Works 公司 ； 收稿日期 ：2018-09-26
·14· 第 44 卷 第 24 期