熱分析-DSC PLA 聚乳酸加工製程條件分析-DSC, TG/DTA【更新日期: 2022/11/22】

【更新日期: 2022/11/22】

聚乳酸（Polylatic Acid, PLA）近年來隨著全球環保意識抬頭，許多廠商已開始大量使用所謂“綠色材料”，綠色高分子的「綠色」，指的是高分子材料的可降解性，以及在高分子合成、製造、加工時不會對環境產生危害。綠色材料不僅在生活用品中日漸廣泛的被使用，在學術方面同時也針對這些材料不斷進行改質研究，增強材料各類型的特性，提升綠色材料被使用的程度，在去年中國化學年會、今年高分子年會，亦都有許多相關的研究論文呈現。

聚乳酸（Polylatic Acid, PLA）是一種由玉米為主的澱粉材料所製成的綠色高分子，屬於熱塑性脂肪族聚酯，因其具有無毒、良好的機械及加工性質、及生物可分解性，被視為極有前景之材料，過去PLA 已經廣泛應用在醫療材料上，像是作為手術縫合線、植入性裝置。而近年來，高分子量PLA如同一般塑膠，經由射出、壓出、發泡、吹膜、吹瓶等成型加工，作為不同的應用，例如可作為食品和其他消費品之包裝材料、薄膜和紡織纖維等。在PLA的加工應用上，結晶度一直是影響PLA材料強度、耐衝擊、透明度、及生物分解性其中非常重要的因素，此外，因為乳酸（PLA的單體）因為具有兩種光學異構物（Ｌ型、D型），其二者的比例及分子量，對於材料的結晶度及熱穩定性都有非常大的影響，而PLA的這些特性，都能藉由熱分析當中DSC、TG/DTA進行測量分析。

本次實驗使用四種不同類型的 PLA 作為說明
sample a,b,c 具有相近的分子量（mw），但是光學異構物比例不同（L/D ratio：a

材料的熔融熱大小是照著 L/D ratio：a

Figure 1. & 2. 為樣品第一次升溫熔融後，分別以不同的降溫速率（0.1°C/min＆quench cooling）得知，由 Figure 1. 我們可以發現，材料的熔融熱大小是照著 L/D ratio：a

四件樣品依照不同降溫速率條件得到的結果

Figure 3.-Figure 6. 為四件樣品依照不同降溫速率條件得到的結果，資料結果可以明顯得知，不同的降溫速率條件下，a 依然沒有明顯結晶出現，而 b 則是在降溫速率達到 0.1°C/min，才出現結晶，c 及 c’除了以 0.1°C/min 降溫時，結晶程度較相似，其他降溫條件下仍有差異出現，顯示降溫條件確實影響到材料結晶程度，因此 PLA 材料在進行加工時，必須透過 DSC 的測試，找出適當的降溫速率，及最適合加工的結晶程度。

接下來的實驗，我們以 TG/DTA 探討影響PLA材料熱穩定性的因素， Figure 7. 為b、c 在不同升溫速率下的熱重損失，可以看到具有較高 L/D ratio 的 c，有較佳的熱穩定性，而由 Figure 7. 的資料我們可以進行活化能計算的作圖（Figure 8.）可以讓我們知道材料的 Degradation Time （Life Time），整理成資料表格如下：

樣品 b 因為 L-form 比例較低，熱穩定性較 c差，而 c’因為分子量較低，因此熱穩定性亦沒有 c 來得好。

總結來說，因近年來生物可分解的綠色高分子材料的使用及研究日益漸增，對於此類材料的結晶、熔融、熱穩定性等特性需有一定的要求，以逐漸取代對於地球污染較高的傳統高分子，而熱分析當中的 DSC、TG/DTA、甚至是 DMA，是作為此類型材料基本特性、加工制程、改質的研究當中不可或缺的分析工具。