第31卷第4期 非金属矿 Vol.31 No.4 2008年7月 Non-Metallic Mines July, 2008聚乳酸是一种具有广泛应用前景的环境友好型生物高分子可降解材料[1,2]，但其力学性能、热稳定性能不稳定。
利用层状硅酸盐的特殊结构， 使硅酸盐片层与聚乳酸基体实现纳米尺度复合，并均匀分散在聚乳酸基体中，形成聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料[3,4]。
绝大部分传统聚合物/黏土纳米复合材料废弃物不能自然降解，对环境造成污染。
而聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料可有效克服这一缺点，是与生态和环境相适应的“绿色聚合物复合材料”[5~7]；这类材料还改善了单一生物降解性聚合物材料的力学、耐热、阻燃、气体阻隔等性能[8~11]，拓展了材料的应用范围，可从根本上解决合成材料废品废料造成的污染问题。
目前，聚乳酸/有机蒙脱石纳米复合材料，基本上是以聚乳酸和蒙脱石采用熔融共混法制备[7,9,12]。
本实验采用乳酸单体为原料的原位插层聚合方法，制备了聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料，并通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X 射线衍射（XRD ）、透射电子显微镜（TEM ）、热重分析（TGA ）对其结构、形态和热稳定性能进行了表征，同时对材料的降解性能进行了初步研究。
1 实验部分1.1 原料和试剂 D ，L-乳酸（含量≥85%），天津市巴斯夫化工有限公司；氯化亚锡，西安化学试剂厂；氧化锌，西安化学试剂厂；乙酸乙酯，天津市巴斯夫化工有限公司；正辛醇，天津市福晨化学试剂厂；三氯甲烷，西安化学试剂厂；分子筛3Å型，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；以上均为分析纯。
有机蒙脱石（OMMT ），实验室自制。
1.2 主要仪器设备 循环水式真空泵，SHB-III 型，郑州长城科工贸有限公司；电热真空干燥箱，DZF-6020收稿日期：2008-03-28基金项目：2005年度新疆维吾尔自治区高校科研计划(XJEDU2005E01)聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的制备及表征甄卫军 马小惠 袁龙飞 刘月娥 李志娟 庞桂林（新疆大学化学化工学院，乌鲁木齐 830046）摘 要 以乳酸制备的丙交酯和有机蒙脱石为原料，通过原位插层聚合法制备了聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料， 分别采用傅立叶变换红外光谱、X 射线衍射、透射电子显微镜、热重分析等对聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的结构、形貌及热稳定性进行了表征和分析，同时研究了材料的降解性能。
研究表明，有机膨润土在聚合过程中被剥离成很小的粒子，并分散在聚乳酸基体中，形成聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料。
其蒙脱石层间距为2.439nm ，层间距明显增大，表明聚乳酸分子链插入到蒙脱石片层间，实现了原位插层聚合，并形成了插层型结构。
材料的热失重曲线移向高温端，其热分解温度提高，热稳定性比纯PLA 有明显的提高。
在不同介质中降解结果表明，材料在碱液中降解速率最快。
关键词 有机蒙脱石 聚乳酸 纳米插层复合材料 降解中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2008)04-0048-05Preparation and Characterization of Polylactic Acid/Organomontmorillonite Intercalation NanocompositeZhen Weijun Ma Xiaohui Yuan Longfei Liu Yuee Li Zhijuan Pang Guilin (College of Chemistry and Chemical Engineering of Xinjiang University, Urumqi 830046)Abstract The polylactic acid/organomontmorillonite intercalation nanocomposite was prepared by in-situ intercalative polymerization with organomontmorillonite (OMMT) and lactide(LA) which was obtained from lactic acid. The structure and properties of polylactic acid/organomontmorillonite intercalation nanocomposite were characterized by FT-IR, XRD, TEM and TGA. The biodegradability of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was also discussed in this study. The research results indicated that the silicate layers were exfoliated and dispersed into the PLA matrix during the polymerization, the layer spacing of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was 2.439nm, which revealled the swellable silicate layers were intercalated into the PLA matrix, and in-situ intercalative polymerization was done. The TGA curve of PLA/OMMT intercalation nanocomposite was shifted to higher temperature, which illustrated that intercalation of the OMMT into PLA matrix enhanced the thermal stability of PLA/OMMT intercalation nanocomposite. The results of the degradation of PLA/OMMT intercalation nanocomposite in different media showed PLA/OMMT intercalation nanocomposite was degraded more rapidly in NaOH solution.Key words organomontmorillonite polylactic acid intercalation nanocomposite degradation型，上海精宏实验设备有限公司；红外光谱仪， EQU INOX55型，德国 Bruker 公司；X射线衍射仪（XRD），M18XHF22-SRA型，Cu靶，管压43kV，管流100mA，日本Mac Scienc 公司；热分析仪，NETZSCH STA 449C型；德国耐驰公司；透射电子显微镜（TEM），H-600型，日本日立公司；乌式黏度计，上海申立玻璃仪器有限公司。
1.3 制备方法1.3.1 有机蒙脱石的制备：将一定量的季铵盐配制成水溶液，缓慢滴加到提纯后的钠基蒙脱石的悬浮液中，加热到60~80℃，强烈搅拌反应一定时间后，将反应液抽滤，得白色沉淀物，用去离子水反复洗涤至无氯根（用0.1%的硝酸银检验），在80℃下烘干，研磨，过200目筛，得到有机蒙脱石，密封备用。
1.3.2 聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的制备：丙交酯的制备：取一定量通过3Å型分子筛预处理的乳酸与催化剂ZnO/SnCl2·2H2O加入三口烧瓶中，搅拌并混匀加热，体系温度达到120℃后开始抽真空。
缓慢升温到140℃，同时增大真空度至0.035MPa左右并持续一段时间。
脱去乳酸中原含有的及反应生成的水；当观察到没有水蒸馏出来后，恢复常压，更换接收瓶，加入10ml正辛醇。
重新减压至0.085MPa，升温至200℃。
此时乳酸低聚体环化生成丙交酯，反应1h后结束。
收集冷凝管中有机物和溶有丙交酯的正辛醇馏分，采用乙酸乙酯重结晶，真空干燥24h，备用。
聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料的制备：将乳酸裂解环化得到的丙交酯提纯、干燥后与占丙交酯3wt%量的有机蒙脱石（OMMT）粉末混合后装入反应器中，加入催化剂氯化亚锡，加热熔化后抽真空至0.085MPa，170℃聚合7h，得聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料，取适量乙酸乙酯溶解，抽滤，加入一定量蒸馏水，得白色黏稠状聚合物。
然后在真空干燥箱中于50℃充分干燥，即得聚乳酸/有机蒙脱石纳米插层复合材料。
1.4 结构表征1.4.1 傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析: 采用德国Bruker EQU INOX55型红外光谱仪， KBr 压片。
1.4.2 X 射线衍射(XRD)分析：采用日本M18XHF22-SRA型X射线衍射仪进行测试。
测试样品为粉末，测试条件为：Cu靶，管压43kV，管流100 mA，扫描范围2。
~ 8。
，λ=0.154056 nm，扫描速率4。
/min。
样品在检测之前真空干燥24 h 。
1.4.3 透射电镜分析：样品用 H-600型透射电子显微镜观察蒙脱石在PLA基体中的分散情况及形态结构。
加速电压为75kV，电子束流小于10mA。
1.4.4 热重分析：用NETZSCH STA 449C型热分析仪对复合材料进行热失重分析，样品质量5~10mg，样品在N2保护下从室温以10℃/min 升至600℃。
1.5 PLA/OMMT纳米插层复合材料薄膜的制备采用溶剂挥发成膜法，即将定量的PLA/OMMT 纳米插层复合材料（由本实验测定其特性黏度η=1.48）在10ml的二氯甲烷和丙酮的混合溶液中（体积比为9∶1）溶解，缓慢倾倒在模板上，在通风橱中室温干燥24h，再放入40℃的真空干燥箱中干燥24h，待溶剂挥发完全后，脱膜密封保存备用。
1.6 PLA/OMMT纳米插层复合材料在不同介质中的降解采用膜质量损失法，将PLA/OMMT纳米插层复合材料薄膜（5cm×1.5cm×0.1mm）准确称重（W0）后，分别投入0.01mol/L的NaOH标准溶液、0.01mol/L HCl标准溶液和去离子水中，每组三个样品，每个样品单独投入容器，盖封，进行降解实验。
每隔5d取一次样，更换溶液，并用滤纸轻拭膜表面自由水，然后真空干燥至恒重，用电子天平称重，记为W1，并按下式计算质量失重率（wt%），取其平均值；W%=(W0-W1)/ W0×100%，考察降解介质对材料降解的影响。