离聚物弹性体增韧聚乳酸共混体系

发布时间：2020-05-05 17:54

【摘要】：聚乳酸(PLA)是一种100%来源于可再生资源的代表性的商业化生物基塑料,在广阔的应用领域有望成为石油基塑料最有前途的替代品。但是,聚乳酸自身脆性严重,具有非常低的冲击强度和断裂伸长率,极大地限制了其在很多领域的广泛应用。与弹性体进行物理熔融共混是目前最经济高效的聚乳酸改性方法。然而,相间相容性差导致界面粘结强度低是阻碍有效共混改性的关键问题。针对该问题,引入离子、氢键等分子间相互作用可以有效地改善界面相容性,从而获得高韧性的PLA基共混材料,有效拓宽聚乳酸的应用领域。基于此,本论文采用咪唑单体与溴丁基橡胶的季胺化反应,高效合成了两类咪唑阳离子型溴化丁基橡胶离聚物弹性体(i-BIIR-n,n=2,4,8,12和i-BIIR-PLA),并采用熔融共混的方法增韧改性聚乳酸,完成了一系列高韧性的聚乳酸/离聚物弹性体共混体系,并详细地研究了聚乳酸/离聚物共混体系结构与性能的关系。首先,分别通过烷基溴和咪唑反应以及1-羟乙基咪唑引发丙交酯开环聚合获得一系列烷基链咪唑单体和一种新型的含有聚乳酸链段的咪唑单体。然后,通过季胺化反应合成转化率≥0.90的两类咪唑阳离子型溴丁基橡胶离聚物。所得离聚物具有良好的热稳定性、较高的粘度以及分子间离子缔合作用。最后,以所得咪唑阳离子型溴丁基橡胶离聚物(i-BIIR)为PLA的有效改性增韧剂,通过熔融共混法成功制备不同比例的PLA/离聚物弹性体共混体系。DMA测试以及SEM微观形貌分析表明i-BIIR与PLA具有优良的相容性,对PLA/i-BIIR-n体系来说,长链更有利于分子间相互作用的形成,长烷基侧链达到十二烷基时增容效果最佳。相对于PLA/i-BIIR-n体系,PLA/i-BIIR-PLA体系中PLA链段的引入进一步促进其与PLA基体之间产生分子间相互作用,共混体系表现为分散相粒径变小和更优异的界面粘结能力。拉伸测试和Izod缺口冲击测试结果表明PLA/i-BIIR-12共混体系的断裂伸长率高达235%,比纯PLA高10倍,柔韧性显著提高;PLA/i-BIIR-PLA共混体系的断裂伸长率高达250%,冲击强度为5.9 kJ/m~2,表明离聚物弹性体可有效改善聚乳酸材料的韧性。通过对共混物的相容性、分子间相互作用和相结构的系统分析,建立了聚乳酸/咪唑型离聚物弹性体共混体系的内在增韧机理:离聚物弹性体和PLA基体间形成的合适的界面粘结作用引发PLA基体的大剪切屈服,对于形成高韧性聚乳酸/咪唑型离聚物弹性体共混体系至关重要。
【图文】：

图 1-1 生物塑料聚合物及其由微生物发酵生产的单体与其化学合成1.2 聚乳酸1.2.1 聚乳酸的结构与性质聚乳酸作为一类重要的生物基环境友好的脂肪族聚酯，其单体来源为乳酸（lactic acid）（LA）。聚乳酸的结构就是多个脱水的乳酸单元（开链的丙交酯）的重复，其是一种以乳酸为原料单体制得的线性高分子。聚乳酸的结构通式如图1-2。乳酸是一种自然界中生物来源广泛的物质，可通过玉米、淀粉等可再生资源作为原始原料发酵得到。最早在 1845 年，Pelouze 通过将乳酸蒸馏脱水的方法首次获得了低分子量的乳酸线性二聚体。由于乳酸是光学活性物质，存在两种旋光异构体，分别为 D-乳酸和 L-乳酸，如图 1-2 所示。因此基于乳酸而来的聚乳酸也被分为 D-聚乳酸、L-聚乳酸以及 D, L-聚乳酸[7]。

其是一种以乳酸为原料单体制得的线性高分子。聚乳酸的结构通式如图1-2。乳酸是一种自然界中生物来源广泛的物质，可通过玉米、淀粉等可再生资源作为原始原料发酵得到。最早在 1845 年，Pelouze 通过将乳酸蒸馏脱水的方法首次获得了低分子量的乳酸线性二聚体。由于乳酸是光学活性物质，存在两种旋光异构体，分别为 D-乳酸和 L-乳酸，如图 1-2 所示。因此基于乳酸而来的聚乳酸也被分为 D-聚乳酸、L-聚乳酸以及 D, L-聚乳酸[7]。图 1-2 乳酸和聚乳酸的结构式
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ317;TB332

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本文编号：2650536