聚乳酸（PLA）是由淀粉發(fā)酵產(chǎn)物乳酸為原料制得的生物降解高分子材料，生物相容性好，加工性能好，廣泛應(yīng)用在包裝材料、纖維和非織造物、生活用品和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。但是，在食品包裝，玩具和服裝制品的表面容易滋生微生物，危害健康。向聚乳酸材料中添加殼聚糖、山梨酸等天然抗菌劑以期實現(xiàn)良好的抑菌性能等研究備受重視。然而，天然抗菌劑壽命較短，耐熱性差，銀系抗菌制品穩(wěn)定性差，價格高的缺點制約了廣泛的應(yīng)用。二氧化鈦、氧化鋅等光催化型抗菌劑具有抑菌長效性強，抑菌效率高等特點，特別是納米氧化鋅（nano~ZnO）具有光催化氧化抑菌和金屬離子溶出抑菌等作用，在高分子材料抗菌研究中已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，納米氧化鋅用量一般不超過高分子材料的5 %即可達到較強的抑菌效果，對包裝材料的力學(xué)性能影響小，可以滿足材料對性能的要求，已經(jīng)應(yīng)用在聚丙烯等塑料制品中。但是，ZnO對聚乳酸抑菌作用的研究還未見報道。

　　文章以nano-ZnO為抑菌劑，采用熔融共混法制備了nano-ZnO/PLA復(fù)合材料，測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能，對比研究了偶聯(lián)劑表面改性前后nano-ZnO對聚乳酸材料抑制大腸桿菌作用的影響；并討論了nano-ZnO對聚乳酸的熱降解動力學(xué)行為的影響。

　　1，復(fù)合材料的拉伸強度隨著納米氧化鋅填量的增加，呈先上升后下降的趨勢，在UN-ZnO添加量為3 %，之后逐漸降低。但是相同添加量的經(jīng)KH550處理的復(fù)合材料的拉伸強度（b）比UN-ZnO/PLA復(fù)合材料的高，nano-ZnO具有比表面積大，模量高的特點，添量加大會增加其與PLA基體的界面接觸面積和作用力，拉伸強度提高，當(dāng)MN-ZnO為5%時，復(fù)合材料的拉伸強度為56.98MPa，比純PLA提高了2.5%.因為偶聯(lián)劑可以改善nano-ZnO在PLA基體中的分散性及其界面的粘結(jié)性，減少了界面間的空隙，從而提高了復(fù)合材料的拉伸性能，但是MN-ZnO填量超過3%時拉伸強度仍呈下降趨勢。

　　（b）中nano-ZnO/PLA復(fù)合材料的沖擊強度隨納米氧化鋅填量的增加呈整體下降的趨勢。KH550處理后的復(fù)合材料沖擊強度有一定的增加。當(dāng)UN-ZnO添加量為0.5 %時，復(fù)合材料沖擊強度為2.03k/m2，比純PLA（2.15k/m2）減少了5.85%，而MN-ZnO填量為1%時，復(fù)合材料的沖擊強度達到最大值2.17k/m2，復(fù)合材料的韌性略有提高，其原因是偶聯(lián)劑在PLA基體與填料間形成化學(xué)鍵橋，提高填料和基體之間的界面粘結(jié)性，有利于應(yīng)力的傳遞。

　　nano~ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響中可以看出，未經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的nano~ZnO粒子在PLA基體中分散不均勻，團聚現(xiàn)象明顯如（b）所示；填料與基體之間界面相容性差，斷裂發(fā)生在nanoZnO密集的部位如圖聚減少如（c）所示，nanoZnO粒子以較小團粒均勻地分散于PLA基體中如（d）所示，說明nano~ZnO用硅烷偶聯(lián)劑KH550表面處理后，減弱了粒子的團聚現(xiàn)象，顯著改善了nano-ZnO/PLA復(fù)合材料的界面相容性，界面粘結(jié)性提高，從而提高4（a）所示；而MN~ZnO填充的PLA復(fù)合材料中nano~ZnO顆粒團復(fù)合材料的力學(xué)性能。

　　nano~ZnO/PLA復(fù)合材料的SEM照片2.5抑菌性能是復(fù)合材料的抑菌。

　　表1列出復(fù)合材料的抑菌率，隨著UN-ZnO用量的增加，復(fù)合材料的抑菌性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)UNZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，復(fù)合材料的抑菌率達到最大值81.3%，用偶聯(lián)劑KH-550處理納米氧化鋅后復(fù)合材料的抑菌率與相同添加量未改性復(fù)合材料相比，抑菌性均顯著增強，在MN-ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，復(fù)合材料的抑菌率達到98.67 %，表現(xiàn)出較強的抑菌作用。

　　nano-ZnO粒子具有較高的表面能，粒子間自聚作用強，當(dāng)填量較大時，無機粒子在材料中容易發(fā)生團聚，難以在PLA基體中實現(xiàn)納米級分散，內(nèi)部產(chǎn)生的活性氧自由基變少，抑菌效果減弱。偶聯(lián)劑對nanoZnO進行表面處理后，在一定程度上改善了其在PLA基體中的分散性，使復(fù)合材料的抑菌率顯著提高，但是當(dāng)MN-ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時復(fù)合材料抑菌性仍呈下降趨勢，由于nano-ZnO粒子大量聚集，從而影響抑菌效果。

　　數(shù)，S為熱重分析的升溫速率，K/min；T為對應(yīng)復(fù)合材料某一a時的溫度，K.從表2中可知，材料的質(zhì)量損失分?jǐn)?shù)a在5% ~90%范圍內(nèi)時，復(fù)合材料的熱解活化能Ea均小于純PLA，說明nano~ZnO對PLA基體的熱降解反應(yīng)有催化作用。MN-ZnO/PLA復(fù)合材料的熱降解活化能均大于未改性復(fù)合材料。原因是偶聯(lián)劑分子接枝到nano~ZnO表面會掩蔽nano~ZnO表面的催化活性點，抑制nanoZnO催化PLA熱降解反應(yīng)。

　　表2 OFW法計算的nano~ZnO/PLA復(fù)合材料熱降解活化能3結(jié)論nanoZnO對聚乳酸材料具有抑菌作用，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH~550表面處理能夠減弱nano-ZnO粒子的團聚，增強其在PLA基體中的分散性，提高復(fù)合材料的抑菌性能；硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面改性nano~ZnO改善了復(fù)合材料界面粘結(jié)性和界面相容性，nano~ZnO/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了提高；nano-ZnO能夠促進PLA的熱氧降解，使復(fù)合材料的熱降解活化能降低。KH-550表面改性使nano-ZnO的催化熱氧降解作用得到延緩。

上一頁1下一頁