摘 要

近年来，因为过度开采石油资源和使用石油基材料，导致环境污染越来越严重，因此生物可降解材料备受关注。其中聚乳酸(PLA)是一种具有应用价值和潜力、优异的力学性能、生物降解性能和生物相容性的可生物降解高分子，且能广泛应用于医用材料、塑料、纺织材料等领域。但聚乳酸由于存在抗冲击性能差、价格贵、疏水性等缺陷，故在应用上受到了一定的限制。本文针对 PLA 材料存在的问题，用共混、共聚和浸没沉淀相转化法进行改性，并对材料的结构和性能进行了研究。

本论文采用熔融聚合法制备聚L-乳酸(PLLA)、聚 D-乳酸(PDLA)以及聚 L- 乳酸与葡萄糖(Glu)的共聚物(PLLAG)，并通过溶液共混制备共混物复合膜，对其用氯仿和葡萄糖溶液进行表面改性，并采用红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、X-射线衍射法(XRD)、偏光显微镜(POM)、热重分析法(TG)和接触角法等方法对其进行表征。结果说明，共混物的制备使得材料的热性能、结晶性能有所提升，且表面改性改善了材料的亲水性。

关键词：D-乳酸；葡萄糖；溶液共混；表面改性

Study on Surface Modification of Poly D-Lactic Acid and Its Properties

Abstract

In recent years, biodegradable materials have attracted much attention because of excessive exploitation of petroleum resources and the use of petroleum-based materials, resulting in more and more serious environmental pollution. Polylactic acid (PLA) is a biodegradable polymer with application value and potential, excellent mechanical properties, biodegradability and biocompatibility, and can be widely used in medical materials, plastics, textile materials and other fields. However, polylactic acid has been limited in application due to its defects such as poor impact resistance, high price, and hydrophobicity. In this paper, the problems of PLA materials were modified by blending, copolymerization and immersion precipitation phase transformation methods, and the structure and properties of the materials were studied.

In this thesis, poly L-lactic acid (PLLA), poly-D-lactic acid (PDLA) and copolymer of poly-L-lactic acid and glucose (Glu) (PLLAG) were prepared by melt polymerization, and the composite film was prepared by solution blending. Surface modification with chloroform and glucose solution, and using infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), polarized light microscopy (POM), thermogravimetric analysis It was characterized by methods such as (TG) and contact angle method. The results show that the preparation of the blend improves the thermal properties and crystallization properties of the material, and the surface modification improves the hydrophilicity of the material.

Keywords: D-lactic acid; Glucose; Solution blending; Surface modification

目 录

1. 绪论 1
   1. 引言 1
   2. 聚乳酸 2
      1. 单体及合成方法 2
      2. 聚乳酸的立构复合物 4
   3. 聚乳酸的改性 5
      1. 共聚改性 5
      2. 共混改性 6
      3. 表面改性 6
   4. 糖类及聚乳酸的改性 7
   5. 本课题的研究意义 8
2. 实验与表征 9
   1. 前言 9
   2. 实验 9
      1. 原料 9
      2. 聚D-乳酸(PDLA)的制备 9
      3. 聚 L-乳酸-葡萄糖共聚物(PLLAG)的制备 10
      4. 等比例 PDLA/PLLAG 和 PDLA/PLLA/PLLAG 共混物膜的制备 10
      5. 共混物膜的溶解性能测试及表面改性 11
   3. 样品的表征 11
      1. 红外光谱(FT-IR) 11
      2. 差示扫描量热法(DSC) 11
      3. X 射线衍射分析(XRD) 12
      4. 热重分析法(TG) 12
      5. 偏光显微镜测试(POM) 12
      6. 接触角法 12
3. 实验结果与讨论 13
   1. 红外光谱分析 13
   2. DSC 分析 14
   3. TG 分析 15
   4. XRD 分析 17
   5. POM 分析 18
   6. 接触角分析 19
4. 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

致 谢 25

参考文献 26

1 绪论

引言

近年来，人类社会的发展加剧了对传统石油能源的依赖，而生物基聚合物的迅速崛起缓解了石油基能源造成的环境污染。为了最大限度地发挥生物聚合物的作用，将生物基与石油基聚合物相结合的趋势日益明显[1,2]。

生物聚合物市场每年都在增长，美国市场调研公司发布的 2014 年报告估计，

2014 年全球生物塑料需求量超过 1400 kt(公斤堆)，而预计 2019 年将增加至约

6000 公斤堆，增长幅度约 32.7 %。而不可生物降解和可生物降解的聚合物分别

占 84 %和 16 % [3] 。生物聚合物主要有以下几种类型：(a)基于可再生资源和生物降解；(b)以可再生资源为基础，但不可生物降解；(c)以化石资源和生物可降解为基础。

聚乳酸(PLA，Polylactic acid)是由可再生资源生产的可生物降解的聚酯，用于各种应用(生物医学、包装、纺织纤维等)。由于其固有的特性，这种绿色材料成为取代石油基传统聚合物的首选替代品，预计 PLA 生产全球产量快速增长至约 800 kt/年(如图 1-1) ^[4]。

图 1-1 PLA 全球生产能力趋势(2011-2020 年)[4]