MDI增容茶粉/聚乳酸生物质复合材料的制备与性能
发布时间：2020-12-07 02:31
以茶废弃物（TW）为填料、聚乳酸（PLA）为基体,二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为偶联剂,经密炼-注塑工艺制备了TW/PLA复合材料,考察了MDI对该复合材料结构与性能的影响。结果表明,MDI的添加改善了TW与PLA的界面相容性,提高了TW/PLA复合材料的力学性能、储能模量、玻璃化转变温度及热稳定性,降低了复合材料吸水率。在MDI添加量为TW用量的2%时,复合材料的力学性能最佳,与未增容TW/PLA复合材料相比,其拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度分别提高18.9%、17.6%和7.2%,拉伸模量和弯曲模量分别提高12.6%和30.6%。
【文章来源】：塑料工业. 2016年11期 第127-131+151页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PLA及MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的拉伸应力－应变曲线
端与PLA中的端基反应结合，起到偶联TW与PLA作用，提高二者界面结合强度(如图2所示)。但在MDI添加量较少时，TW和PLA、MDI的反应作用不足，难以在界面上形成有效的偶联区域，增容作用不理想。MDI用量过多时，则会在PLA或者TW上层积过多的偶联剂分子，反而会形成弱界面层，导致复合材料力学性能出现一定程度下降［13］。在MDI添加量为TW的2%时，与未增容TW/PLA复合材料相比，MDI增容TW/PLA复合材料的拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度分别提高了18.9%、17.6%和7.2%，拉伸模量和弯曲模量分别提高了12.6%和30.6%。图2MDI对TW/PLA(30/70)复合材料的界面增容作用示意图Fig2TheschemeofinterfacialcompatibilizationofTW/PLA(30/70)compositesbyMDI2.2TW/PLA复合材料界面形态分析如图3所示，TW在微观形态可呈纤维状、短棒状或者颗粒状等，表明其纤维性较差(图3a)。在没有添加MDI时，TW与PLA的界面处可见明显的空隙，界面光滑，且TW出现被拉伸而滑移的痕迹(图3b)。这是由于TW表面富含羟基，极性大，而PLA为非极性基体，二者热力学不相容，因此界面结合强度不足，导致复合材料在受外力作用时，应力不能有效传递到TW上，力学性能不理想。从图3c可知，经MDI增容后的TW/PLA复合材料拉伸断面变粗糙，a－TWTW/PLA(30/70)(无MDI)·129·
塑料工业2016年c－TW/PLA(30/70)(添加MDI)图3MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的拉伸断面SEM图(×400)(圆圈标注处为填料TW)Fig3SEMsoftensilefracturesurfacesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI(×400)TW与PLA的界面空隙明显较小甚至消失，TW被拉断但没有滑移的痕迹，说明MDI改善了TW与PLA的界面相容性和结合强度，进而提高复合材料的力学性能。2.3TW/PLA复合材料动态热机械性能分析a－储能模量－温度b－介电损耗角正切－温度图4TW/PLA(30/70)复合材料动态热机械性能Fig4DynamicthermalmechanicalpropertiesofTW/PLA(30/70)composites由图4a可知，增容前后复合材料的储能模量随温度升高而逐渐下降，但在相同温度下MDI增容后TW/PLA复合材料储能模量要高于未增容复合材料。这是由于MDI在TW与PLA之间的界面偶联作用一定程度上束缚了PLA的链段运动，因此储能模量变高。从图4b可知，TW/PLA复合材料在71.3℃附近出现了一个损耗峰，代表了PLA基体的玻璃化转变温度。MDI增容复合材料在71.8℃出现损耗峰，相比增容前提高了0.5℃。一般而言，玻璃化转变温度越高，表示聚合物刚性越大，链段运动越困难［14］，MDI增容后PLA玻璃化转变温度出现微弱的提高，主要是由于MDI的界面偶联作用，对PLA的链段运动起到了一定程度的束缚作用。2.4TW/PLA复合材料热重性能分析a－TG曲线b－DTG曲线图5MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的TG和DTG曲线Fig5TGAandDTGcurvesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI从图5a可知，TW/PLA复合材料增容前后热解失重曲线基本相似，其热解失重主要包括3个阶段:①室温～120℃是TW中的水分、部分抽提物及少量半纤维素热解失重所致;②在240～375℃之间，复合材料出现了快速热解失?
【参考文献】：
期刊论文
[1]茶粉/聚丙烯复合材料加速老化性能[J]. 龚新怀,赵升云,陈良璧. 农业工程学报. 2015(12)
[2]茶叶梗/HDPE/CNT复合材料的流变及力学性能研究[J]. 宋剑斌,刘学莘,袁全平,傅峰,杨文斌. 塑料工业. 2015(04)
[3]界面改性对聚乳酸/Lyocell纤维复合材料结构与性能的影响[J]. 葛昭,于敏敏,钱进,张慧慧,杨革生,邵惠丽. 中国塑料. 2015(01)
[4]竹粉接枝改性提高竹塑复合材料的力学性能[J]. 余方兵,宋剑斌,吴秋宁,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(23)
[5]界面调控对竹纤维/聚乳酸复合材料性能的影响[J]. 李新功,郑霞,吴义强. 功能材料. 2013(02)
本文编号：2902455
【文章来源】：塑料工业. 2016年11期 第127-131+151页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PLA及MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的拉伸应力－应变曲线
端与PLA中的端基反应结合，起到偶联TW与PLA作用，提高二者界面结合强度(如图2所示)。但在MDI添加量较少时，TW和PLA、MDI的反应作用不足，难以在界面上形成有效的偶联区域，增容作用不理想。MDI用量过多时，则会在PLA或者TW上层积过多的偶联剂分子，反而会形成弱界面层，导致复合材料力学性能出现一定程度下降［13］。在MDI添加量为TW的2%时，与未增容TW/PLA复合材料相比，MDI增容TW/PLA复合材料的拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度分别提高了18.9%、17.6%和7.2%，拉伸模量和弯曲模量分别提高了12.6%和30.6%。图2MDI对TW/PLA(30/70)复合材料的界面增容作用示意图Fig2TheschemeofinterfacialcompatibilizationofTW/PLA(30/70)compositesbyMDI2.2TW/PLA复合材料界面形态分析如图3所示，TW在微观形态可呈纤维状、短棒状或者颗粒状等，表明其纤维性较差(图3a)。在没有添加MDI时，TW与PLA的界面处可见明显的空隙，界面光滑，且TW出现被拉伸而滑移的痕迹(图3b)。这是由于TW表面富含羟基，极性大，而PLA为非极性基体，二者热力学不相容，因此界面结合强度不足，导致复合材料在受外力作用时，应力不能有效传递到TW上，力学性能不理想。从图3c可知，经MDI增容后的TW/PLA复合材料拉伸断面变粗糙，a－TWTW/PLA(30/70)(无MDI)·129·
塑料工业2016年c－TW/PLA(30/70)(添加MDI)图3MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的拉伸断面SEM图(×400)(圆圈标注处为填料TW)Fig3SEMsoftensilefracturesurfacesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI(×400)TW与PLA的界面空隙明显较小甚至消失，TW被拉断但没有滑移的痕迹，说明MDI改善了TW与PLA的界面相容性和结合强度，进而提高复合材料的力学性能。2.3TW/PLA复合材料动态热机械性能分析a－储能模量－温度b－介电损耗角正切－温度图4TW/PLA(30/70)复合材料动态热机械性能Fig4DynamicthermalmechanicalpropertiesofTW/PLA(30/70)composites由图4a可知，增容前后复合材料的储能模量随温度升高而逐渐下降，但在相同温度下MDI增容后TW/PLA复合材料储能模量要高于未增容复合材料。这是由于MDI在TW与PLA之间的界面偶联作用一定程度上束缚了PLA的链段运动，因此储能模量变高。从图4b可知，TW/PLA复合材料在71.3℃附近出现了一个损耗峰，代表了PLA基体的玻璃化转变温度。MDI增容复合材料在71.8℃出现损耗峰，相比增容前提高了0.5℃。一般而言，玻璃化转变温度越高，表示聚合物刚性越大，链段运动越困难［14］，MDI增容后PLA玻璃化转变温度出现微弱的提高，主要是由于MDI的界面偶联作用，对PLA的链段运动起到了一定程度的束缚作用。2.4TW/PLA复合材料热重性能分析a－TG曲线b－DTG曲线图5MDI增容前后TW/PLA(30/70)复合材料的TG和DTG曲线Fig5TGAandDTGcurvesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI从图5a可知，TW/PLA复合材料增容前后热解失重曲线基本相似，其热解失重主要包括3个阶段:①室温～120℃是TW中的水分、部分抽提物及少量半纤维素热解失重所致;②在240～375℃之间，复合材料出现了快速热解失?
【参考文献】：
期刊论文
[1]茶粉/聚丙烯复合材料加速老化性能[J]. 龚新怀,赵升云,陈良璧. 农业工程学报. 2015(12)
[2]茶叶梗/HDPE/CNT复合材料的流变及力学性能研究[J]. 宋剑斌,刘学莘,袁全平,傅峰,杨文斌. 塑料工业. 2015(04)
[3]界面改性对聚乳酸/Lyocell纤维复合材料结构与性能的影响[J]. 葛昭,于敏敏,钱进,张慧慧,杨革生,邵惠丽. 中国塑料. 2015(01)
[4]竹粉接枝改性提高竹塑复合材料的力学性能[J]. 余方兵,宋剑斌,吴秋宁,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(23)
[5]界面调控对竹纤维/聚乳酸复合材料性能的影响[J]. 李新功,郑霞,吴义强. 功能材料. 2013(02)
本文编号：2902455
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