纳米MMT改性PLA渔用单丝海水中降解性能的研究

海洋中遗弃的大量捕鱼用具，在几个月甚至几年之后还不断缠绕和捕获鱼类，造成严重的"幽灵捕捞"现象。为解决这一现象，本项目提出制备纳米蒙脱土（MMT）改性聚乳酸（PLA）-海水中可降解渔用单丝的新方法。通过纳米MMT的双官能团改性，实现MMT在PLA基体中的纳米级分散，并利用MMT表面接枝的官能团与PLA末端基团反应实现MMT与PLA有效的界面结合；通过熔融共混和熔融纺丝制备以满足渔业生产要求的改性PLA渔用单丝。通过海水中降解实验设计，研究改性MMT、MMT含量、改性剂含量对PLA力学性能和内部结构的影响，揭示材料内部结构与PLA在海水中降解速度的影响关系，实现改性PLA降解速度的初步可控。本工作对于深入理解降解材料的结构和在海水中降解性能之间的关系，新型海水中可降解材料的设计和开发，以及聚乳酸单丝在水产领域的研究和应用打下初步的理论与实践基础。

通过纳米MMT的双官能团改性，实现了聚乳酸接枝到MMT表面，并通过熔融共混制备得到PLA/MMT纳米复合材料。通过XRD、DSC、TEM等测试手段，揭示了MMT对PLA性能的影响：加入MMT增大了PLA的特性粘数；MMT对PLA的熔点影响较小；PLA成功插层进入MMT的片层，扩大了MMT的层间距；加入MMT起到异相成核的作用，提高了PLA的结晶度和结晶速度。采用熔融纺丝的方法制备了渔用性能优良的在海水中可降解PLA/MMT纳米复合单丝。力学性能测试结果显示，随着MMT含量的增加，PLA纤维的断裂强力呈现先增大后减小的趋势，当MMT含量为0.5wt%时，断裂强度最大（3.2 cN/dtex）。由于MMT提高了PLA的结晶度，在相同的温度下，纳米改性PLA纤维的热收缩性小于纯PLA纤维。通过海水中降解实验的设计，系统研究了MMT对PLA渔用单丝在海水中降解性能的影响关系。加入MMT，形成PLA与MMT界面结合缺陷，有利于水分子的浸润，加速PLA的降解。在海水中降解了15个月，加入1.0wt%MMT的PLA纤维断裂强度下降40.0%，而纯的PLA纤维只下降了23.3%。随着在海水中降解时间的增加，在相同失重率下，纯PLA纤维和PLA/2.0wt%MMT纤维的热失重温度均呈现下降趋势；在失重率较大的情况下，随着在海水中浸泡时间的增加，热失重温度下降的趋势更大。纯PLA在海水中降解15个月后，在失重率40%时，热失重温度下降11.0%；而PLA/2.0wt%MMT纤维水中降解相同时间后，在相同失重率下，热失重温度下降13.9%。紫外光老化试验结果显示，随着MMT含量的增加，相同老化时间下，由于MMT起到了一定屏蔽紫外光的作用，PLA降解程度减缓；通过热老化试验结果分析得到，由于加入MMT形成PLA与MMT界面结合缺陷，有利于水分子的浸润，加速PLA的降解。由以上的一系列实验分析得到，可通过调整MMT的含量、分散程度、环境温度和酸碱度可实现在海水中降解速率的初步可控。