背景介绍
随着社会经济的发展和人们环保意识的提高，当前新时代包装材料的创新正朝着以可再生和可持续资源为基础的高性能生物塑料取代石油基塑料的方向发展。而聚乳酸（PLA）因其自身的可生物降解性和具有竞争力的市场价格被认为是未来生物塑料发展的良好候选材料。然而，聚乳酸固有的脆性和较低的热稳定性限制了其应用。为了提高PLA的柔韧性，人们已经进行了大量的研究，其中PLA与各种增塑剂共混已被确定为降低玻璃化转变温度（Tg）从而提高其延伸性能的一种经济有效的方法。
在本研究中，通过溶剂浇铸共混法将不同分子量的聚乙二醇作为增塑剂对PLA进行改性。使用LINSEIS TGA-DSC测量了PLA/PEG共混物的热行为，分析不同分子量的聚乙二醇对聚乳酸的增塑作用。
实验准备
采用三种不同平均分子量的聚乙二醇作为聚乳酸的增塑剂，它们的平均分子量分别为400、1000和6000 g/mol（用PEG 400、PEG 1000和PEG 6000表示）。通过溶剂浇铸法制备PLA/PEG共混物，样品配方如下表所示，然后在氯仿中以125 rpm的转速混合6小时，直到得到澄清的溶液。得到的混合物被浇铸在玻璃培养皿中并干燥过夜。在测试前，将薄膜样品放在50℃的真空烘箱中干燥。
测试与结果分析
采用LINSEIS TGA-DSC对PLA/PEG共混物进行热降解测量。将11mg的样品放入到氧化铝坩埚中，以10℃/min的加热速率从20℃加热至110℃，然后在此温度下恒温10 min以消除水分，再以10℃/min的加热速率加热至500℃。
DSC曲线如下图所示，加入较低分子量的PEG（PEG 400和PEG 1000）可以降低玻璃化转变温度（Tg）。此外，PLA与PEG 400和PEG 1000共混后也可以将熔融温度（Tm）从131℃（纯PLA）降低到128℃。这是由于加入较低的PEG（PEG 400和PEG 1000）可以通过氢键作用提高PLA和PEG之间的链迁移率，使PLA进入更多的非晶态，从而降低Tg和Tm。相比之下，高分子量（PEG 6000）的加入导致Tg逐渐增加，与其他低分子量的PLA/PEG相比，Tg的值回到了纯PLA的点。这很可能是由于随着分子量的增加，聚合物之间的相容性降低导致的。
PLA和PLA/PEG共混物的TGA曲线如下图所示。结果表明，与改性PLA/PEG相比，纯PLA表现出更高的起始降解温度，为308℃，而改性PLA/PEG 400、PLA/PEG 1000和PLA/PEG 6000的起始降解温度分别在252℃、275℃和292℃左右。这也与DSC测试结果相一致，与改性PLA/PEG相比，纯PLA的交联降解温度更高，约为325℃。
此外，从TGA曲线上可观察到纯PLA表现出单一的降解步骤，而在改性的PLA/PEG上观察到两步降解过程。改性后的PLA/PEG的第一阶段降解是由于PEG的分解，而第二阶段降解则是由于PLA的分解，降解温度更高，分别发生在360℃、380℃和380℃左右。高分子量PLA/PEG 1000和PLA/PEG 6000的第二步降解温度较高，这是由于随着分子量的增加，增塑剂的聚合链较长，可以在聚合物基体表面起到屏障保护层的作用，从而延缓分解过程。
结论：
本研究以聚乙二醇(PEG)为增塑剂，通过溶剂浇铸共混法对聚乳酸(PLA)进行了改性，使用LINSEIS TGA-DSC对PLA/PEG共混物进行了热性能分析，结果表明，加入较低分子量的PEG 400和PEG 1000可以降低Tg和Tm，这是由于PLA和PEG之间通过氢键作用，使链迁移率提高，从而使PLA进入更多的非晶态。同时，与其他较低分子量的PLA相比，高分子量（PEG 6000）的加入导致Tg逐渐增加，这很可能是由于随着分子量的增加，聚合物之间的相容性降低导致的。其次，在热稳定性方面，PLA/PEG共混物(PEG 1000和PEG 6000)的降解过程较慢，这是由于随着分子量的增加，增塑剂的聚合链较长，可以在聚合物基体表面起到屏障保护层的作用，从而延缓分解过程。
