不同表面活性剂处理的纳米黏土对PLA/黏土纳米复合材料性能的影响

研究表明，不同表面活性剂处理的纳米黏土对PLA/黏土纳米复合材料性能有影响。通过选用适宜的纳米黏土表面处理剂，实现其在PLA中的完全剥离，以最大限度地改善其性能。所以，人们进行了很多尝试，在相应的纳米生物复合材料中实现纳米复合材料的剥离。

Chang等研究了不同有机改性剂处理的层状硅酸盐的长径比（MMT，氟化合成云母）和黏土用量对纳米填料在PLA基体中分散的影响。XRD和TEM表明，实验得到了插层结构的纳米复合材料，在只有很少的纳米黏土时，就使材料的力学性能和阻透性能得到提高。与纯PLA相比，在分别添加2%（质量分数）的C25A、4%（质量分数）的C₁₆-MMT和C₁₆-云母时，最终强度分别提高65%、47%和131%。但是，看起来力学性能的提高只有在黏土含量的一个小的范围内[最多4%（质量分数）～6%（质量分数）]。高于这一用量，层状硅酸盐团聚，性能下降。关于O₂的透过率，在OMLS用量为10%（质量分数）时，下降超过一半。在C₁₆-MMT和C25A用量为8%（质量分数）时，初始降解温度随着OMLS用量的增加而线性下降，最大分别下降49℃和41℃。C₁₆-云母在同一用量时，下降只有16℃。但DTA-MMT的热性能特殊，因为其初始分解温度不受黏土用量的影响。

Wu等采用溶液混合法也得到了PLA基纳米复合材料的剥离结构。他们将MMT先用溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）离子处理，然后再用脱乙酰壳多糖对其改性，增加了填料与基体之间的相互作用，得到了可生物降解和可生物相容的聚合物（图2-154）。

图2-154 溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）和脱乙酰壳多糖有机改性MMT的结构示意图

Toyota技术研究院（日本名古屋）Okamoto和他的研究小组研究了一系列PLA基黏土纳米复合材料，考察了有机层片的长径比、有机改性剂的性质和黏土用量对复合材料性能的影响。根据这些参数，得到了插层、插层-絮凝、近乎剥离和插层与剥离态共存的各种PLA/黏土纳米复合材料。他们甚至提出了纳米复合材料结构与黏土长径比和有机改性剂链长的关系。有关长径比的结果表明，硅酸盐层的尺寸越小，物理干扰越小，限制有机改性剂烷基分子链的构形，因而，有机黏土的内聚越轻（图2-155）。由于有机改性的云母的堆叠结构很好，聚合物分子链几乎无法插入硅酸盐的中心处，而与之相反的是，小尺寸的硅酸盐层如蒙脱石和MMT。(www.xing528.com)

图2-155 不同有机改性层状硅酸盐的结构及其与PLA的纳米复合材料的结构

Nam等用二（4，羟丁基）甲基十八烷基铵改性的MMT[MMTN+（Me）（ButOH）2（C₁₈）] 进一步研究了絮凝结构。结果表明，絮凝结构的纳米复合材料的形成可能是活性剂、纳米层片边缘以及PLA链两端的羟基之间的键接所致。

总的说来，最适宜的OMLS的添加能提高PLA/OMLS纳米复合材料的性能。所以，通过OMLS的恰当选择，有可能调控其与PLA的复合材料的结构与性能。