增容剂改善茶粉/聚乳酸生物质复合材料性能
发布时间：2020-12-05 00:27
为降低聚乳酸的生产成本、拓宽其应用范围和高值化利用茶产业剩余物资源,以茶粉（tea dust,TD）为填料,聚乳酸（polylactic acid,PLA）为基体,经密炼、注塑工艺制备了环境友好型TD/PLA复合材料。以过氧化二异丙苯（dicumyl peroxide,DCP）为引发剂,通过熔融反应制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸（glycidyl methacrylate grafting PLA,GMA-g-PLA）,用傅里叶红外光谱（Fourier transform infrared spectrum,FTIR）和核磁共振氢谱（H nuclear magnetic resonance,1H-NMR）对其进行了表征,并以GMA-g-PLA为增容剂,考察了其添加对TD/PLA复合材料力学性能、界面形态、热性能及吸水性能的影响。结果表明,FTIR和1H-NMR分析证实了GMA成功地接枝到了PLA上。GMA-g-PLA的添加明显改善了TD与PLA的界面相容性,提高了TD/PLA复合材料的力学性能和热稳定性,降低了吸水率。在GMA-g-PLA添加质量分数为10%时,复合材料的力学性能...
【文章来源】：农业工程学报. 2017年02期 第308-314页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同增容剂用量下TD/PLA
可见明显的空隙，且TD出现被拉伸而滑移的痕迹，表明二者的界面结合作用弱。这是由于TD为强极性植物填料，PLA为非极性基体，二者热力学不相容，因此界面出现了相分离结构。在添加10%的GMA-g-PLA后，TD完全被基体紧紧包裹，界面空隙消失，TD被拉断但并没有滑移的痕迹（图3c），表明在添加GMA-g-PLA后，TD与PLA基体界面相容性得到明显改善，二者界面结合作用明显增强。这也很好的解释了GMA-g-PLA增容TD/PLA后，复合材料力学性能获得改善的原因。注：GMA-g-PLA添加质量分数为10%。Note:MassfractionofGMA-g-PLAis10%.图3TD及TD/PLA复合材料增容前后断面扫描电镜图Fig.3ScanningelectronicmicroscopyimagesofTDandtensilefracturesurfacesofTD/PLAcompositewithorwithoutGMA-g-PLA2.4GMA-g-PLA对TD/PLA复合材料热重性能的影响采用热重分析（thermogravimetricanalysis，TGA）试验测试了GMA-g-PLA增容前后TD/PLA复合材料的热重性能，并采用起始分解温度（Tonset）、热分解失重50%温度（T50%）、热分解失重80%温度（T80%）及分解失重最快的温度（Tmax）4个指标来表征复合材料的热稳定性，结果如图4及表2所示。图4为TD/PLA复合材料增容前后的热重（thermogravimetric,TG）和微分热重（differentialthermogravimetric,DTG）曲线，由图4可知，TD/PLA复合材料增容前后的TG和DTG曲线相似，都只有一个明显的失重过程。a.热失重曲线a.Thermogravimetriccurveb.微分热重曲线b.Differentialthermogravimetriccurve图4不同增容剂添加量下TD/PLA复合材料的TG和DTG曲线Fig.4TGAandDTGcurvesofTD/PLAcompositeswithdifferentcontentofGMA-g-PLA由表2可知，未增容的TD/PLA复合材料Tonset、T50%及T80%分别为322
诮??4h后吸水率仅为0.23%，添加30%质量分数的TD后，吸水率迅速增大，在浸水24h后其吸水率增大至1.20%。这是由TD极性填料对水分子的吸附能力较强所致。增容后的TD/PLA复合材料吸水率下降，这是由于增容前复合材料中极性的TD填料与非极性的PLA基体界面相容性差，在界面存在许多孔隙结构，孔隙结构的存在会加速TD填料对水分子的吸收[30]。增容剂GMA-g-PLA添加后，可通过与TD表面羟基化学反应而有效连接TD与PLA，改善了界面相容性，使TD被PLA基体紧紧包裹，界面孔隙结构数量减少甚至消失，使复合材料吸水率下降。图5PLA及不同增容剂添加量下的TD/PLA复合材料吸水性能Fig.5WateradsorptionofPLAandTD/PLAcompositewithdifferentcontentsofGMA-g-PLA从图5还可知，随增容剂添加量增加，复合材料吸水率逐渐减小，在GMA-g-PLA添加质量分数为10%时达到最小，增容剂添加量继续增大，复合材料吸水率反而有所增大。这是由于增容剂GMA-g-PLA用量增加，其对TD/PLA复合材料界面增容作用变强，TD与PLA的界面结合强度增加，使界面孔隙结构数量减少，吸水率下降，但增容剂用量过多时，可能会在界面区域沉积过多反而不利于界面的增容，引起复合材料吸水率有所增加。3结论采用熔融接枝反应制备了GMA-g-PLA，并将其作为TD/PLA复合材料的界面增容剂，考察GMA-g-PLA添加量（0、2.5%、5%、10%和15%）对TD/PLA复合材料性能的影响，试验总结如下：1）通过FTIR和1H-NMR的分析表明，GMA已经成功地接枝到PLA上，且通过1H-NMR计算出PLA上GMA的接枝质量分数为4.88%。2）GMA-g-PLA的添加明显改善了TD与PLA的界面相容性，显著提高了TD/PLA复合材料的力学性能。随着GMA-g-PLA用量的增加，TD/PLA复合材料拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量先增大
本文编号：2898524
【文章来源】：农业工程学报. 2017年02期 第308-314页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同增容剂用量下TD/PLA
可见明显的空隙，且TD出现被拉伸而滑移的痕迹，表明二者的界面结合作用弱。这是由于TD为强极性植物填料，PLA为非极性基体，二者热力学不相容，因此界面出现了相分离结构。在添加10%的GMA-g-PLA后，TD完全被基体紧紧包裹，界面空隙消失，TD被拉断但并没有滑移的痕迹（图3c），表明在添加GMA-g-PLA后，TD与PLA基体界面相容性得到明显改善，二者界面结合作用明显增强。这也很好的解释了GMA-g-PLA增容TD/PLA后，复合材料力学性能获得改善的原因。注：GMA-g-PLA添加质量分数为10%。Note:MassfractionofGMA-g-PLAis10%.图3TD及TD/PLA复合材料增容前后断面扫描电镜图Fig.3ScanningelectronicmicroscopyimagesofTDandtensilefracturesurfacesofTD/PLAcompositewithorwithoutGMA-g-PLA2.4GMA-g-PLA对TD/PLA复合材料热重性能的影响采用热重分析（thermogravimetricanalysis，TGA）试验测试了GMA-g-PLA增容前后TD/PLA复合材料的热重性能，并采用起始分解温度（Tonset）、热分解失重50%温度（T50%）、热分解失重80%温度（T80%）及分解失重最快的温度（Tmax）4个指标来表征复合材料的热稳定性，结果如图4及表2所示。图4为TD/PLA复合材料增容前后的热重（thermogravimetric,TG）和微分热重（differentialthermogravimetric,DTG）曲线，由图4可知，TD/PLA复合材料增容前后的TG和DTG曲线相似，都只有一个明显的失重过程。a.热失重曲线a.Thermogravimetriccurveb.微分热重曲线b.Differentialthermogravimetriccurve图4不同增容剂添加量下TD/PLA复合材料的TG和DTG曲线Fig.4TGAandDTGcurvesofTD/PLAcompositeswithdifferentcontentofGMA-g-PLA由表2可知，未增容的TD/PLA复合材料Tonset、T50%及T80%分别为322
诮??4h后吸水率仅为0.23%，添加30%质量分数的TD后，吸水率迅速增大，在浸水24h后其吸水率增大至1.20%。这是由TD极性填料对水分子的吸附能力较强所致。增容后的TD/PLA复合材料吸水率下降，这是由于增容前复合材料中极性的TD填料与非极性的PLA基体界面相容性差，在界面存在许多孔隙结构，孔隙结构的存在会加速TD填料对水分子的吸收[30]。增容剂GMA-g-PLA添加后，可通过与TD表面羟基化学反应而有效连接TD与PLA，改善了界面相容性，使TD被PLA基体紧紧包裹，界面孔隙结构数量减少甚至消失，使复合材料吸水率下降。图5PLA及不同增容剂添加量下的TD/PLA复合材料吸水性能Fig.5WateradsorptionofPLAandTD/PLAcompositewithdifferentcontentsofGMA-g-PLA从图5还可知，随增容剂添加量增加，复合材料吸水率逐渐减小，在GMA-g-PLA添加质量分数为10%时达到最小，增容剂添加量继续增大，复合材料吸水率反而有所增大。这是由于增容剂GMA-g-PLA用量增加，其对TD/PLA复合材料界面增容作用变强，TD与PLA的界面结合强度增加，使界面孔隙结构数量减少，吸水率下降，但增容剂用量过多时，可能会在界面区域沉积过多反而不利于界面的增容，引起复合材料吸水率有所增加。3结论采用熔融接枝反应制备了GMA-g-PLA，并将其作为TD/PLA复合材料的界面增容剂，考察GMA-g-PLA添加量（0、2.5%、5%、10%和15%）对TD/PLA复合材料性能的影响，试验总结如下：1）通过FTIR和1H-NMR的分析表明，GMA已经成功地接枝到PLA上，且通过1H-NMR计算出PLA上GMA的接枝质量分数为4.88%。2）GMA-g-PLA的添加明显改善了TD与PLA的界面相容性，显著提高了TD/PLA复合材料的力学性能。随着GMA-g-PLA用量的增加，TD/PLA复合材料拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量先增大
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