PLA及其CNTs复合材料
——制备与改性
摘要：聚乳酸因其完全的可降解性，对环境无污染，是理想的降解塑料。由于聚乳酸的降解性、生物相容性以及优异的力学强度被广泛应用于医疗、防治、包装、电器等领域。但聚乳酸存在性脆、冲击强度差、结晶速度慢等特点。为了获得综合性能好的材料，研究者们通常采用共聚或共混的方法对聚乳酸进行改性。碳纳米管由于具有电导率高、力学性能优异、生物相容性好等特点，是聚合物材料理想的增强体。现将聚乳酸和碳纳米管进行共混，所得的聚乳酸及其碳纳米管复合材料具有较好的导热、导电性能以及力学性能等，从而扩大了聚乳酸的应用范围。
关键词：聚乳酸；碳纳米管；性能；应用
一、文献综述
随着人们的物质需求不断提高，天然的高分子材料已经不能满足于人们生产生活的需要，这大大地推动着人们对高分子物质的研究和开发。当下现代科技蓬勃发展，高分子化学的应用越来越广泛，它与我们的生活息息相关，因此研究人员对高分子化学领域的发展越来越重视。然而高分子材料的普遍应用在给我们带来便利快捷生活的同时，也给我们的带来了一些问题。其中，环境问题尤为重要。我们最常接触的塑料因其大分子量、强聚合力而导致了难降解的问题，一个小小的塑料袋在自然环境下可能要经历几百年才得以降解。塑料的残留会导致土质下降、农作物减产以及动物机体损伤和死亡等。由此可见，研究和开发可降解塑料至关重要。聚乳酸就是一个理想的降解塑料。聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界完全降解，最终生成二氧化碳和水，对环境不会造成危害。聚乳酸除了生物可降解性之外还具有良好的机械性能和物理性能。这些优点使聚乳酸成为了热门的高分子材料，目前已经广泛应用于医药、防治、包装、电器等领域，全球对聚乳酸的需求量也在快速增长。但聚乳酸也存在着一些不足，性脆、抗冲击性差、不耐热、生物相容性低等，这些缺陷的存在大大地制约了聚乳酸的发展、限制了它的应用范围。为了能够弥补聚乳酸的这些不足，获得综合性能较好的聚乳酸材料，各位研究者们采用了共聚或共混的方法对聚乳酸进行改性。而作为增强体，碳纳米管是一个不错的选择，碳纳米管具有优越的力学性能、导电性和导热性，在材料改性方面只需要添加很少的量就能达到会很好的效果，因此研究者们选择用碳纳米管改性聚乳酸。
为了得到CNTs/PLA复合材料，研究者们分别采取了不同的制备方法。首先，由于碳纳米管的颗粒尺寸达到纳米尺度，团聚效应显著增加，颗粒之间的相互吸引力大，导致碳纳米管难以分散于聚乳酸基体中。这是在制备复合材料时必须需要克服的一大难题。因此为了使碳纳米管能够均匀分散于聚乳酸基体当中，我们必须先对碳纳米管进行表面处理，使碳纳米管的表面连接上大量的羟基，碳纳米管因此具有极性之后，就能更容易被浸润，自发地分散于聚乳酸基体之中。让碳纳米管表面接上大量羟基的具体做法就是先将碳纳米管置于浓硝酸中静置，用大量去离子水稀释，用微孔滤膜反复抽滤直至滤液呈中性，烘干备用。称取纯化过的碳纳米管于烧杯中，加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1的混酸中，在磁力搅拌器上搅，超声分散，重复三次，然后在80—90℃条件下回流，用微孔滤膜反复抽滤至滤液呈中性，烘干得到羟基碳纳米管。
以二氯甲烷为溶剂，加入占聚乳酸不同质量分数的碳纳米管进行超声，在碳纳米管均匀分散于溶剂之中之后，再加入聚乳酸，搅拌下使其充分溶解，制成分散均匀的溶液。将溶液浇注到模具中，室温下蒸发溶剂，得到CNTs/PLA复合膜，烘干存放。
除此之外，一些研究者们还有通过使用3D打印制备CNTs/PLA复合材料。首先要设计出内表面积高的聚乳酸基体，制备出碳纳米管分散液之后，用该分散液对聚乳酸基体进行浸渍—烘干工艺操作。其中烘干条件为恒温、真空。多次重复以上操作，获得不同碳纳米管含量的PLA/CNTs复合材料。
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