新发现！苹果酸基增塑剂——彻底解决PVC+PLA聚合物的柔韧性

以下文章来源于新材料研习社，作者小塑

新材料研习社原创报道，

聚氯乙烯（PVC）是工业领域中使用最广泛的聚合物之一，例如包装、玩具、生物医学产品和建筑材料的制造。但由于其易碎性，限制了其应用。因此，通常将其与增塑剂混合以增强其在柔韧性和韧性。

常用PVC增塑剂损害生殖功能

当前用于PVC的一些最常见的增塑剂是芳族化合物和脂族酯，通常是邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）和己二酸二辛酯（DOA）。但DEHP增塑剂的使用不仅可能会损害生殖功能，还有可能会损害免疫功能和记忆力。

PLA可生物降解，但发脆而坚硬

聚乳酸（PLA）是一种可生物降解的脂肪族聚酯，其衍生自自然资源，例如玉米淀粉、木薯块根或甘蔗，天然无污染，在包装、纺织品、农业和医学中具有广泛的应用。但是，由于PLA是一种脆性、坚硬的聚酯（Tg = 60°C，弹性模量为3000 MPa，最大抗拉强度为50 MPa，断裂伸长率为15%），因此可与增塑剂或改性剂共混来增强其柔韧性、韧性和抗冲击性等机械性能。

苹果酸增塑剂，用于PVC和PLA聚合物

具有两个羧基和一个羟基的苹果酸是PVC和PLA增塑的良好选择，因为可以将两个羧酸酯化以形成具有特定长度碳链的酯。然后通过醇基的乙酰化可以形成另一个酯基，从而使该化合物具有三个酯基，第三酯基团可以进一步增强增塑剂的相容性。

图1 可用于PVC和PLA聚合物的可再生苹果酸基增塑剂

近期韩国科学技术大学先进材料与化学工程系Young-Wun Kim团队通过将可再生苹果酸与醇进行酯化反应，合成了具有不同烷基链长的乙酰化苹果酸烷基酯（AcMAE-Cn），作为聚氯乙烯（PVC）和聚乳酸（PLA）的替代增塑剂以及随后的乙酰化。拉伸和迁移测试的结果以及Tg值表明增塑的PVC膜具有良好的增塑性能。在苹果酸基增塑剂中，AcMAE-C6和AcMAE-C8与商用DOA和DEHP增塑剂相比，增塑性能更高。PLA薄膜的增塑性能在很大程度上取决于增塑剂的结构。已经发现带有短烷基（分别为正丁基和正己基）的增塑剂（AcMAE-C4和AcMAE-C6）可以作为PLA薄膜的优良增塑剂。相关研究成果发表在国际著名期刊《Journal of Industrial and Engineering Chemistry 》上。文献链接：DOI: 10.1016/j.jiec.2020.04.007

图文导读

图2 基于苹果酸的增塑剂的合成方案

图3（a）MAE-C8和（b）AcMAE-C8（400 MHz，CDCl3）的1H NMR光谱

图4几种增塑剂（A），PVC薄膜（B）和PLA薄膜（C）的热重曲线与温度的关系

图5包含50 phr的几种增塑剂，AcMAE-Cn衍生物，DOA和DEHP的PVC膜的储能模量（A）和tanδ（B）与温度的关系

图6含有50 phr的几种增塑剂，AcMAE-Cn衍生物，DOA和DEHP的PLA膜的储能模量（A）和tanδ（B）与温度的关系

这些研究结果表明乙酰化的苹果酸烷基酯，可以作为一种绿色花瓣型增塑剂，用于PVC和PLA聚合物的增塑。与市售的己二酸二辛酯（DOA）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）增塑剂相比，AcMAE-C6和AcMAE-C8增塑剂具有较强的增塑性能。加入这些AcMAE-Cn增塑剂后，PVC膜表现出良好的掺入和增塑性能；带有短烷基（分别为正丁基和正己基）的酯（AcMAE-C4和AcMAE-C6）可以作为PLA优异的增塑剂，具有良好的市场发展前景。