配位聚合物的制备及其阻燃改性聚乳酸的研究(3)

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1.1.3 ZIF-8晶体的性质以及应用

ZIF-8晶体有很多的优良的性质，应用很广。首先，它具有金属有机骨架材料(MOFs)特有的性质：高的比表面、孔体积孔径可调、功能性孔道、高孔隙率、灵活的化学结构以及超疏水性［5］等，因此ZIF-8晶体被广泛的应用于气体分离与储存［6］、催化［9］等领域；另外ZIF-8晶体又具备一些MOFs所不具备的性质，ZIF-8晶体是一类具有沸石骨架结构的材料，与沸石比较，过渡金属锌原子代替了沸石中的硅原子和铝原子，咪唑酯代替了沸石中的氧桥［11］，与其它的MOFs材料相比，ZIF-8具有更高的化学稳定性与热稳定性，因此，ZIF-8材料在很多方面具有潜在的应用价值，比如异相催化、化学感应器、生物医学成像和药物传输等方面［12］。

1.2 聚乳酸的简介

1.2.1 聚乳酸的结构

聚乳酸是一种热塑性的脂肪族聚酯，它由乳酸聚合形成的。聚乳酸的合成到降解如图1.1所示。它的原料乳酸可以从含淀粉的生物材料的分解、发酵过程中制备，然后聚合得到高纯度聚乳酸，废弃后的聚乳酸制在土壤或水中，在微生物、水、酸或碱的作用下分解成光合作用的原料CO2和H2O［13］ , 之后在光合作用下, 又合成淀粉的初原料, 不对环境产生任何危害, 因此聚乳酸是一种完全可以自然循环的生物可降解性材料。

图1.1 聚乳酸的合成与降解的过程

1.2.2 聚乳酸的性质

聚乳酸拥有优异的性能，主要性能如下：（1）良好的机械性能；（2）加工性能良好，易于加工，常被加工成包装食品、快餐饭盒、一次性用品等各种塑料成品；（3）生物相容性，不与生物体组织发生排斥反应，同时可以在体内完全降解，不会对生物体造成伤害，这也是近年来聚乳酸研究最热门的方向之一。此外，聚乳酸具有环境与资源的双重优势，具有功能和结构材料两方面特点，正因如此，聚乳酸应用很广，发展前景很好。

1.2.3 聚乳酸的应用

性质决定应用，聚乳酸性能优异，所以应用也很广。在生活领域，由于聚乳酸是一种可降解的塑料，所以它可以代替聚乙烯、聚丙烯及聚碳酸酯等非降解性塑料，解决白色污染的环境问题。同时，可以将其制成薄膜，减少或代替聚乙烯农用地膜的使用，另外，还可做成片材、板材、泡沫、纤维等［14］；在医学上，医用材料对材料的性能要求严格，不仅需要具有良好的耐受环境的能力，同时还要求具有良好的生物相容性，而聚乳酸恰好都具备，因此在医学上受到广泛关注。此外，聚乳酸在汽车行业、电子电器行业的发展迅猛，据资料显示，到2015年为止，中国市场可提供的聚乳酸产品包括以下几类：① 聚乳酸膜材；② U盘外壳、手机壳、电脑、录音机等电子电器的部件；③ 蜡烛烛台、高尔夫球钉、花盆、首饰盒、玩具等生活用品；④ 刀叉勺、吸管、饭盒、一次性用品等餐饮制品；⑤以及生物医学工程领域的应用，如接骨材料［17］，手术缝合线［19］等，被称为最有前景的“绿色塑料”。但是聚乳酸也有很多的缺点，比如聚乳酸降解的周期很难把握；很脆，韧性差，断裂伸长率只有10%左右；结晶度低，结晶速率慢；亲水性差等等。其最大的缺点就是它的阻燃性能只能达到UL94HB级，极限氧指数(LOI)只有21％，燃烧时会形成一层薄薄的碳化层，有熔滴并能引燃。

1.2.4 聚乳酸的合成

聚乳酸是以乳酸为单体，合成方法有直接缩聚法和丙交酯开环聚合。直接缩聚法是指让乳酸直接脱水聚合，这种方法缺点是流程短、成本低，缺点是得到的聚合物分子质量较低。丙交酯开环聚合一般分为乳酸低聚、低聚物解聚生成丙交酯和丙交酯聚合三个步骤。反应过程如下图1.2。该方法首先将乳酸蒸发脱水浓缩，乳酸浓缩的过程中在引发剂诱导下发生自酯化反应，生成丙交酯或多聚物，然后丙交酯借助催化剂的催化作用，开环聚合成聚乳酸，这种方法的优点在于因为可以很方便的去除水分，所以平均分子量高，而且反应程度易控制，缺点是生产过程长，耗能多