种可显著提高聚丙交酯薄膜阻燃性和透明性的改性应用

聚乳酸（PLA）材料作为传统石油化学衍生聚合物的可持续替代品的潜力最近受到很多关注，因为其在纸张涂布，纤维，薄膜和包装的应用领域中具有可接受的物理，机械性能和高透明度。然而，高易燃性和低热稳定性等缺陷限制了它的应用。

上海大学丁鹏研究员采用溶液剥离法和薄膜流延法合成了具有良好阻燃性和透明性的聚乳酸（PLA）/层状双氢氧化物（LDH）薄膜。利用2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA）对PLA与NiAl-LDH之间的有机 - 无机界面相互作用，对薄膜进行了细致修饰，很好地解决了NiAl-LDH纳米层的分散问题，提高了PLA复合材料的阻燃性能和透明性。

图1 复合材料的表面形貌分析

测试结果表明NiAl LDH / CEPPA（LC）纳米层具有层状剥离结构，并可均匀的分散在PLA基质中。 即使LC添加量高达10wt％，PLA / LDH膜仍具有良好的透明性。这是由于PLA / LDH薄膜吸收了紫外光，在使用过程中缓解了PLA薄膜的脆化。当LC含量增加时，可观察到复合材料良好的阻燃效果。与纯PLA样品相比，含量10wt％LC样品的总热释放值从12.0kJ / g下降至9.7kJ / g。

在本次研究中，研究者首先通过水热法和离子交换法制备NiAl-LDH / CEPPA，再利用溶液法制备PLA / NiAl-LDH / CEPPA膜。

研究者通过XRD，SEM等对薄膜的结构形貌等进行表征，表明薄膜的成功制备，随后，对薄膜的热性能与阻燃性能进行评估。

图2薄膜复合材料的TGA测试曲线

通过TGA测试分析LCP膜的热降解行为。结果表明：在无机组分中引入有机材料可以有效改善它们的热稳定性。而对于层状无机材料，特别是硅酸盐层，热稳定性的提高主要归因于纳米片层在复合材料表面组装后形成物理保护屏障，此外，测试结果表明与纯PLA相比，LCP薄膜的热分解温度随着LC的增加而降低。随着LC用量的增加，50wt％的损耗温度逐渐下降，从纯PLA的363.2℃到LCP-10的331.6℃，温度降低32℃。这主要是由于PLA在270-360℃温度范围内的链末端断裂或分子内酯交换等促进了解聚的进行。

图3 复合材料的MCC测试分析

通过MCC测试对复合材料的燃烧行为进行评估， LCP薄膜的放热率曲线显示复合材料的峰值热释放率（PHR）值随着LC纳米层掺入量的增加而提升。表明LC纳米层促进了LCP薄膜的降解速率，这与上述TGA结果非常吻合。值得注意的是，在燃烧过程中LDH的吸热分解与热释放速率成负相关规律，尤其是在较高的LDH添加量下（例如LCP-10），这种现象更为明显。另一方面，随着LC纳米层的增加总热释放（THR）值逐渐降低，从纯PLA的12.0 kJ / g下降到LCP-10的9.7 kJ / g。

表1 薄膜复合材料的MCC数据

此外，研究发现，改性LCP薄膜具有良好的透明度，这可能是CEPPA对LDH表面具有修饰作用；LC在PLA中的均匀分散，再加上LC和PLA对低可见光的吸收，导致LCP膜的良好透明度。综合来说，本论文中，研究者制备了阻燃、透明一体化改性PLA薄膜，具有很好的应用前景。