Polylactic và Blend của polylactic với polyetylen tỉ trọng thấp

Tạp chí Hóa học, T. 47 (6), Tr. 774 - 778, 2009 
POLYLACTIC Vμ BLEND CủA POLYLACTIC VớI 
POLYETYLEN Tỉ TRọNG THấP 
Đến Tòa soạn 17-9-2009 
NGUYễN THị THUỷ, NGUYễN HUY TùNG, BùI CHƯƠNG 
Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme, Tr−ờng Đại học Bách khoa Hμ Nội 
ABSTRACT 
Blend of poly(l-lactide) (PLLA) and low density polyethylene (LDPE) were prepared by melt 
mixing in order to improve the brittleness and enhance the impact strength of PLLA. A reactive 
compatibilizer with glycidyl methacrylate or with maleic anhydride, PE-GMA or PE-MA, was 
required as a compatibilizer due to the immiscibility between PLLA and LDPE. They distribute to 
reduce the domain size of dispersed phase in blends. The presence of PE-GMA made increase 
considerably properties of blend: the tensile and impact strength increased in turn 22% and 
35%; especially, the elongation increased 60%. Contrary to PE-GMA, the properties of blend 
with PE-MA were almost unchanged. The effect of reactive compatibilizer on morphology of 
blends was also investigated by using SEM. 
Keywords: Poly(l-lactide), Low density polyethylene, Polymer blend, Compatibilization. 
I - ĐặT VấN Đề 
Polyeste no thuộc nhóm polyme phân hủy 
sinh học nên đã vμ đang đ−ợc nghiên cứu rộng 
rãi trong những năm gần đây do chúng thân 
thiện môi tr−ờng vμ cũng t−ơng hợp sinh học 
[1]. Trong số chúng, polylactic axit đ−ợc biết 
đến nh− lμ một nhựa nhiệt dẻo t−ơng hợp sinh 
học vμ có khả năng thủy phân [2]. Tuy nhiên, 
ở nhiệt độ th−ờng polylactic axit dòn vμ rất dễ 
bị thủy phân. Chính đặc điểm nμy đã phần nμo 
thu hẹp bớt lĩnh vực ứng dụng của polylactic 
axit. 
Blend polyme lμ ph−ơng pháp th−ờng đ−ợc 
sử dụng để khắc phục những nh−ợc điểm nμy. 
Tuy số l−ợng ngμy cμng tăng các blend t−ơng 
hợp đã vμ đang đ−ợc thông tin trên các tμi liệu 
nh−ng phần lớn các cặp polyme không t−ơng 
hợp với nhau do entropy trộn hợp trong các 
polyme blend lμ vô cùng nhỏ [1, 3]. Nếu không 
có sử lý đặc biệt gì thì các blend nμy sẽ không 
đ−ợc th−ơng mại hóa do tính chất nghèo nμn 
của chúng. Mặc dù không t−ơng hợp ở mức độ 
phân tử nh−ng các polyme blend không t−ơng 
hợp có thể t−ơng hợp với nhau bằng cách thêm 
vμo đó chất trợ t−ơng hợp trùng hợp. Chất nμy 
có tác dụng cải thiện sự phân tán vμ bám dính 
giữa các pha vμ ổn định hình thái [4]. 
LDPE có tính chất cơ học tuyệt vời vμ đ−ợc 
sử dụng chính trong bao gói nên đ−ợc lựa chọn 
lμm đối tác của PLLA. Blend của PLLA vμ 
LDPE có thể lμ ứng cử tuyệt vời cho vật liệu 
bao gói tự phân hủy. 
Trong nghiên cứu nμy tác giả đã chế tạo 
polyme blend của PLLA vμ LDPE bằng cách 
trộn hợp nóng chảy vμ nghiên cứu ảnh h−ởng 
của chất trợ t−ơng hợp đến tính chất vμ hình 
thái của chúng. 
II - THựC NGHIệM 
1. Nguyên liệu 
Nhựa PLLA sử dụng trong nghiên cứu nμy 
 774
của hãng Mitsui Chemicals Nhật Bản. LDPE 
của hãng Dow Chemicals. Hai copolyme đ−ợc 
lựa chọn lμm chất trợ t−ơng hợp lμ PE-MA 2% 
của hãng Aldrich vμ PE-GMA của Trung tâm 
Polyme Đại học Bách khoa Hμ Nội. Đặc tr−ng 
của các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu 
nμy đ−ợc tổng kết trong bảng 1. 
Bảng 1: Các đặc tr−ng của nguyên liệu 
Nguyên liệu Nguồn Đặc tr−ng 
PLLA Mitsui
Tg = 60C, Tm = 
170C, MI = 8 g/10 
phút 
LDPE Dow 
Tm = 100
oC, 
MI = 4 g/10 phút 
LDPE-MA Aldrich 2% MA 
LDPE-GMA Trung tâm Polyme ĐHBK 
2. Ph−ơng pháp nghiên cứu 
Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu 
đ−ợc thực hiện trên kính hiển vi điện tử quét 
(SEM) JEOLJMS 6360 LV của Nhật Bản. Chỉ 
số chảy của nhựa đ−ợc xác định trên máy 
Tinius Olsen của Mỹ với điều kiện đo: tải trọng 
2,16 kg vμ nhiệt độ 190C. Độ bền kéo đ−ợc 
đo theo tiêu chuẩn ISO 527–1993 trên máy 
INSTRON 5582–100 KN (Mỹ), với tốc độ 
đầu đo 5mm/phút, tại 25C, độ ẩm 70%. Độ 
bền va đập Izod đ−ợc đo theo tiêu chuẩn ASTM 
D256 trên máy Tinius Olsen (Mỹ), ở 25C, độ 
ẩm 70%. 
3. Chế tạo blend 
Blend của PLLA vμ LDPE có vμ không có 
mặt chất trợ t−ơng hợp đ−ợc chế tạo trên máy 
trộn kín Brabender với tốc độ trục quay 50 
vòng/phút trong thời gian 10 phút ở nhiệt độ 
xác định. 
4. Chế tạo mẫu 
Mẫu đ−ợc chế tạo theo ph−ơng pháp ép 
nóng trong khuôn : vật liệu (PLLA hoặc blend) 
đ−ợc điền đầy vμo khuôn sau đó đ−ợc ép trên 
máy ép thủy lực Gotech (Đμi Loan) với áp lực 
50 KG/cm2 ở nhiệt độ xác định trong thời gian 
15 phút. 
III - KếT QUả Vμ THảO LUậN 
1. ảnh h−ởng của nhiệt độ đến tính chất của 
blend 
Tính chất cơ học của các blend với tỉ lệ 
PLLA/LDPE: 80/20 đ−ợc trộn ở các nhiệt độ 
khác nhau trình bμy trên hình 1. 
0
10
20
30
175 180 185
Nhiệt độ, oC
Đ
ộ 
bề
n 
kộ
o,
 M
P
a
0
1
2
3
Đ
ộ 
gi
ón
 d
ài
 k
hi
 đ
ứ
t, 
%
0
1
2
3
4
5
175 180 185
Nhiệt độ, oC
Đ
ộ 
bề
n 
va
 đ
ập
 Iz
od
, K
J/
m
2
Hình 1: ảnh h−ởng của nhiệt độ trộn đến tính 
chất của blend 
ệ độ o 
Nhiệt độ, oC 
Do nhiệt độ chảy mềm của PLLA lμ Tm = 
170oC nên tại nhiệt độ trộn 175oC độ chảy của 
PLLA thấp nên ngay cả sự trộn hợp cơ học giữa 
PLLA vμ LDPE cũng không đ−ợc tốt vμ điều 
nμy đ−a đến kết quả lμ độ bền cơ học của blend 
t−ơng đối thấp. Cùng với sự tăng nhiệt độ trộn 
thì độ chảy của PLLA cũng tăng theo vμ cặp 
đôi polyme sẽ đ−ợc trộn hợp đều hơn, blend có 
tính chất cơ học cao hơn. Tuy nhiên, nếu trộn ở 
nhiệt độ quá cao thì PLLA dễ bị phân hủy vμ 
đ−ơng nhiên sẽ ảnh h−ởng đến tính chất của vật 
liệu. Vì vậy 185C đ−ợc chọn lμm nhiệt độ 
 775
trộn cho chế tạo blend. 
2. ảnh h−ởng của chất trợ t−ơng hợp đến 
tính chất của blend 
Tiến hμnh chế tạo blend (PLLA/LDPE = 
80/20) không có vμ có mặt 5 phần khối l−ợng 
(PKL) chất trợ t−ợng hợp PE-MA hoặc PE-
GMA tại nhiệt độ trộn 185oC. Tính chất cơ học 
của vật liệu trình bμy ở hình 2. 
0
10
20
30
40
50
Đ
ộ 
bề
n 
kộ
o,
 M
P
a
0
1
2
3
4
5
Đ
ộ 
gi
ón
 d
ài
 k
hi
 đ
ứ
t, 
%
0
2
4
6
8
Đ
ộ 
bề
n 
va
 đ
ập
 Iz
od
, K
J/
m
2
Hình 2: ảnh h−ởng của chất trợ t−ơng hợp đến 
tính chất của blend 
Do cực tính của PLLA vμ LDPE hoμn toμn 
khác nhau nên cặp đôi polyme nμy không 
t−ơng hợp với nhau vμ kết quả lμ lμm thay đổi 
đáng kể tính chất của PLLA. Sự thay đổi nμy 
bao gồm cả chiều h−ớng tích cực vμ tiêu cực. 
Cụ thể, lμm tăng độ bền va đập lên 150% 
nh−ng lại lμm giảm độ bền kéo đi 46%. 
Để khắc phục điều nμy đã tiến hμnh bổ 
sung thêm các copolyme đóng vai trò chất trợ 
t−ơng hợp PE-MA hoặc PE-GMA. Tuy nhiên, 
từ hình 2 nhận thấy, sự có mặt của PE-MA hầu 
nh− không lμm thay đổi tính chất của blend. 
Độ bền kéo vμ độ giãn dμi khi đứt tuy có tăng 
lên chút ít nh−ng độ bền va đập Izod lại giảm 
đi một chút. Ng−ợc lại, copolyme PE-GMA với 
sự có mặt của nhóm epoxy trong phân tử đã 
thực sự phát huy tác dụng của chất trợ t−ơng 
hợp. Chính nhóm epoxy nμy đã phản ứng với 
nhóm -OH vμ -COOH của PLLA để tạo ra sản 
phẩm t−ơng hợp tốt với LDPE [4]. Điều nμy 
đ−ợc thể hiện rất rõ bởi sự tăng độ bền của 
blend. Cụ thể, độ bền kéo tăng khoảng 22%, độ 
bền va đập Izod tăng khoảng 35% vμ đặc biệt lμ 
độ giãn dμi khi đứt tăng khoảng 60% so với 
blend không có mặt chất trợ t−ơng hợp hoặc có 
mặt chất trợ t−ơng hợp PE-MA. 
Cũng từ hình 2 nhận thấy blend của PLLA 
vμ LDPE với sự có mặt của chất trợ t−ơng hợp 
PE-GMA đã cải thiện đáng kể tính dòn của 
PLLA. Điều nμy đ−ợc thể hiện rất rõ bởi sự 
tăng độ bền va đập Izod 230% vμ độ giãn dμi 
khi đứt 74% so với bản thân PLLA. Điều nμy 
có thể đ−ợc diễn giải nh− sau: với s
 PLLA/LDPE PLLA/LDPE 
 PLLA PLLA/LDPE /PE-GMA 
ự có mặt 
của PE-GMA thì sự trộn hợp giữa PLLA vμ 
LDPE không chỉ lμ “trộn hợp cơ học” thông 
th−ờng mμ lμ “trộn hợp hóa học” do đã xuất 
hiện các liên kết hóa học. Chính vì vậy blend 
nhận đ−ợc gần nh− lμ đồng nhất có nghĩa lμ 
LDPE đã phát huy đ−ợc −u điểm mềm dẻo của 
mình trong mạch đại phân tử của PLLA vμ nh− 
vậy tính dòn đ−ợc cải thiện. 
 /PE-MA 
ảnh h−ởng của chất trợ t−ơng hợp tới tính 
chất của blend không chỉ đ−ợc thể hiện thông 
qua độ bền cơ học mμ còn đ−ợc thể hiện rất rõ 
thông qua cấu trúc hình thái của vật liệu. Hình 
3 lμ ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy dòn của 
blend. 
 PLLA/LDPE PLLA/LDPE 
 PLLA PLLA/LDPE /PE-GMA 
 /PE-MA 
Từ hình 3 nhận thấy, ở cùng độ phóng đại 
600 lần, blend PLLA/LDPE lμ hệ hai pha với 
pha nền lμ PLLA vμ pha phân tán lμ các “hạt” 
LDPE có kích th−ớc không đồng đều vμ đây 
chính lμ dạng của blend không t−ơng hợp. Còn 
với blend PLA/LDPE/PE-MA thì sự phân tách 
pha không còn rõ rμng nh− với blend 
PLLA/LDPE, các “hạt” phân tán LDPE có kích 
th−ớc nhỏ vμ đồng đều hơn. Tuy nhiên hai 
polyme nμy trộn hợp rất ngẫu nhiên vμ sự trộn 
lẫn nμy hoμn toμn chỉ mang tính cơ học. Nh−ng 
với blend PLLA/LDPE/PE-GMA thì hoμn toμn 
khác: trên ảnh chụp SEM chỉ còn thấy rất ít các 
 776
“hạt” phân tán với kích th−ớc rất nhỏ, bề mặt 
vật liệu gần nh− đồng nhất vμ đây lμ dạng 
blend t−ơng hợp. 
Hình 3: ảnh chụp bề mặt phá hủy dòn của 
blend 
3. ảnh h−ởng của hμm l−ợng PE-GMA đến 
tính chất của blend 
Tiến hμnh trộn blend tại nhiệt độ 185oC với 
tỉ lệ PLLA/LDPE = 80/20 vμ hμm l−ợng chất 
trợ t−ơng hợp PE-GMA thay đổi từ 5 đến 10 
PKL. Tính chất cơ học của blend sau thời gian 
để ổn định đ−ợc trình bμy ở hình 4. 
Từ hình 4 nhận thấy, cùng với sự tăng hμm 
l−ợng PE-GMA thì độ bền của blend tăng vμ 
đạt giá trị lớn nhất tại 7 PKL chất trợ t−ơng 
hợp. Khi đó độ bền va đập Izod đạt 7,5 KJ/m2 
tăng gấp 3 lần, độ giãn dμi khi đứt đạt 8,9% 
tăng gấp 3,9 lần so với blend không có mặt 
chất trợ t−ơng hợp. Tuy nhiên khi hμm l−ợng 
PE-GMA lớn hơn 7 PKL thì cơ tính của blend 
lại giảm xuống. Điều nμy có thể đ−ợc giải thích 
lμ do khi hμm l−ợng chất trợ t−ơng hợp quá lớn 
sẽ dẫn đến sự gia tăng mạnh số l−ợng nhóm 
epoxy vμ do đó không những lμm mất sự cân 
đối giữa nhóm epoxy vμ hai nhóm –OH vμ –
COOH mμ có thể còn lμm tăng sự khác nhau 
về cực tính của các thμnh phần trong hệ, kết 
quả lμ tính t−ơng hợp giảm, độ bền của vật liệu 
cũng giảm theo. 
0
10
20
30
40
0 5 7 10
Hàm lượng PE-GMA, PKL
Đ
ộ 
bề
n 
kộ
o,
 M
P
a
0
2
4
6
8
10
Đ
ộ 
gi
ón
 d
ài
 k
hi
 đ
ứ
t, 
%
0
2
4
6
8
0 5 7 10
Hàm lượng PE-GMA, PKL
Đ
ộ 
bố
n 
va
 đ
ập
 Iz
od
, K
J/
m
2
Hình 4: ảnh h−ởng của hμm l−ợng PE-GMA 
đến tính chất blend 
Để khẳng định rõ thêm các kết quả trên đã 
tiến hμnh nghiên cứu cấu trúc hình thái bền mặt 
phá hủy dòn của blend thông qua ảnh chụp 
SEM trình bμy ở hình 5. 
PLLA/LDPE/PE-MA PLLA/LDPE/PE-GMA
PLLA/LDPE 
PE-GMA 0 PE-GMA 5
PE-GMA 10PE-GMA 7
 777
Hình 5: ảnh chụp bề mặt phá hủy dòn của blend
Từ hình 5 nhận thấy, khi hμm l−ợng PE-
GMA thấp (5 PKL) thì trên ảnh chụp bề mặt 
vật liệu không còn nhìn thấy rõ sự phân tách 
pha nh− ở vật liệu không có trợ t−ơng hợp 
nh−ng vẫn thấy các hạt phân tán với kích th−ớc 
nhỏ vμ t−ơng đối đồng đều. Tuy nhiên, với hμm 
l−ợng PE-GMA 7 PKL thì với cùng độ phóng 
đại 600 lần không hề nhìn thấy sự xuất hiện 
của các hạt phân tán, bề mặt vật liệu gần nh− 
hoμn toμn đồng nhất vμ do đó toμn bộ pha của 
vật liệu đều định h−ớng theo h−ớng tác dụng 
lực nên blend có độ bền cao. Với hμm l−ợng 
PE-GMA cao (10 PKL), trên ảnh SEM chụp bề 
mặt vật liệu lại thấy xuất hiện các hạt phân tán. 
Mặc dù mật độ các hạt tuy có ít hơn so với 
tr−ờng hợp 5 PKL PE-GMA nh−ng kích th−ớc 
hạt lại lớn hơn nhiều. Đây chính lμ biểu hiện 
của sự kết tụ LDPE vμ độ bền blend lại có xu 
h−ớng giảm xuống. 
IV - KếT LUậN 
- Đã tiến hμnh chế tạo blend của PLLA vμ 
LDPE theo ph−ơng pháp trộn hợp nóng chảy 
trên máy trộn kín Brabender. 
- Đã tiến hμnh nghiên cứu ảnh h−ởng của 
nhiệt độ trộn tới độ bền của blend vμ tìm đ−ợc
nhiệt độ trộn thích hợp 185oC. 
- Đã tiến hμnh nghiên cứu ảnh h−ởng của 
hai loại copolyme tới độ bền, cấu trúc hình thái 
của blend vμ nhận thấy PE-GMA phát huy 
đ−ợc vai trò của chất trợ t−ơng hợp. 
- Đã tiến hμnh nghiên cứu ảnh h−ởng của 
hμm l−ợng PE-GMA tới tính chất, cấu trúc hình 
thái của blend vμ nhận đ−ợc hμm l−ợng PE-
GMA tối −u lμ 7 PKL. Khi đó blend đạt: độ 
bền kéo 31,8 MPa, độ giãn dμi khi đứt đạt 
8,9% vμ độ bền va đập Izod đạt 7,5 KJ/m2. 
TμI LIệU THAM KHảO 
1. Young Fil Kim, Chang Nam Choi, Young 
Dae Kim, Ki Young Lee, and Moo Sung 
Lee. Fibers and Polymers, Vol. 5(4), 270 - 
274 (2004). 
2. D. S. Rosa, C. G. F. Guedes, M. A. G Bardi. 
Polymer Testing, Vol. 26, 209 - 215 (2007). 
3. Yunbing Wang, Marc A. Hillmyer. Journal 
of Polymer Science: Part A: Polymer 
Chemistry, Vol. 39, 2755 - 2766 (2001). 
4. Kelly S. Anderson, Marc A. Hillmyer, 
Polymer, Vol. 45, 8809 - 8823 (2004). 
Liên hệ: Bùi Ch−ơng 
Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme 
Tr−ờng Đại học Bách khoa Hμ Nội 
1 Đại Cồ Việt, Hμ Nội 
 778