不同分子量PEG对PLA/GNPs复合材料的结晶及热性能影响
发布时间：2021-07-07 22:02
采用石墨纳米片（GNPS）来诱导聚乳酸（PLA）结晶,在此基础上进一步研究不同分子量聚乙二醇（PEG）协同GNPs对PLA结晶及热性能的影响。利用挤出机熔融共混制得一系列PLA基复合材料,并对其进行扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）、热重分析仪（TG）等测试。结果表明,GNPs作为异相成核点,降低了成核壁垒,能够有效诱导结晶,且未改变PLA的晶型。相比高分子量的PEG,低分子量的PEG促进结晶的效果更显著。与纯PLA相比,PLA/GNPs复合材料的T50%升高了2.2℃,Tf升高了11℃,而PLA/GNPs/PEG20000复合材料的T50%升高了12℃,Tf升高了13℃;PLA/GNPs/PEG4000的复合材料Xc最大,比纯PLA提高了28.46%。
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
PLA基复合材料的SEM图
图2是PLA及PLA基复合材料的XRD谱图，由图可见，纯PLA在2θ=16.8°、19.2°处出现了衍射特征峰，分别对应PLA(110）和（200）晶面的特征衍射峰，且衍射峰强度越大，与之相对应的PLA结晶度就越大[15-16]。且纯PLA在2θ=16.8°处的结晶峰呈现为“馒头峰”，衍射强度较低，结晶不完全。在加入GNPs后，PLA各衍射峰的位置没有显著变化，说明PLA的晶型并没有改变；而部分衍射峰强度增强，结晶峰更加尖锐，半峰宽变窄，说明加入GNPS后，晶粒变得更加细化，结晶度相对增大。这是因为GNPs起到了异相成核的作用，降低了PLA的结晶活化能，使得PLA结晶更为容易，从而结晶度相对增大。当PLA/GNPs中引入20000分子量的PEG时，其衍射峰强度增大，并且随着PEG分子量的减小，其衍射峰强度增大，表明低分子量的PEG更能提高PLA的结晶能力。原因可能在于，低分子量的PEG分子链段较短，迁移能力比较好，能够有效地作为增塑剂提高PLA链段的运动能力，从而加快PLA的结晶速率。2.3 DSC分析
图3是PLA基复合材料的DSC结晶曲线。从图中可以看出，纯PLA的结晶曲线几乎为一条直线，在降温过程中未出现结晶放热峰，表明纯PLA在此过程未结晶。原因在于PLA本身结晶能力较差，主链上的甲基手性碳结构阻碍了分子链的内旋转，导致PLA分子链段运动能力较差，在冷却的过程中分子链来不及从无序到有序发生变化，从而结晶速率缓慢。而PLA/GNPs及PLA/GNPs/PEG复合材料在降温过程中都出现了大小不同的结晶峰，表明GNPs和PEG都能够促进PLA的结晶。表1为PLA基复合材料的DSC相关特性参数，其中给出了结晶温度（Tc）、熔融温度（Tm）、结晶焓值（ΔHc）、熔融焓值（ΔHm）和结晶度（Xc）。结合图3和表1可以看出，PLA/GNPs复合材料在110.16℃有一个放热结晶峰，而引入PEG后，复合材料的结晶峰明显右移，向着高温方向移动，Tc上升，ΔHc增大。表明PEG能有效地协同GNPs增强PLA的结晶能力，降低了PLA的过冷度，使得PLA在较高温度下就能够结晶。这是因为GNPs充当了成核剂，提供了异相成核点，降低了成核壁垒，使得PLA的结晶更加容易；另一方面，PEG作为增塑剂，提高了PLA分子链段的运动能力，晶体的生长速率加快，结晶更为完善。而在PLA/GNPs/PEG复合材料中，随着PEG分子量的减小，复合材料的结晶峰向高温方向移动，表明不同分子量的PEG都可以协同GNPs对PLA的结晶起到促进作用，且低分子量的PEG对PLA的结晶能力促进效果更显著。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS-PEG增韧改性PLA及其共混物性能研究[J]. 孙晨露,刘喜军,白小杰. 化工新型材料. 2019(04)
[2]成核剂TMP-6对PLLA/PDLA共混物结构与性能的影响[J]. 郝艳平,李义,刘志刚,颜祥禹,张会良,佟毅. 塑料科技. 2019(02)
[3]成核剂的添加对可降解材料聚乳酸结晶性影响的研究进展[J]. 张显勇,王忠,付蕾,贾仕奎. 化工新型材料. 2018(11)
[4]聚乳酸/右旋聚乳酸共混物的耐热性能及结晶性能[J]. 邹国享,屈鑫,赵彩霞,李锦春. 高分子材料科学与工程. 2018(04)
[5]无机成核剂改善聚乳酸结晶性能的研究进展[J]. 赵西坡,刘畅,徐敏,彭少贤. 材料导报. 2018(07)
[6]聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯/二氧化碳基热塑性聚氨酯三元薄膜的制备与性能研究[J]. 张也,佟毅,李义,刘志刚,颜祥禹,张会良. 塑料工业. 2018(01)
[7]L-PLA/S-PLA纤维的制备及其药物缓释性能研究[J]. 王凇,刘亚男,孔祥平,李建忠. 化工新型材料. 2017(09)
[8]聚乳酸复合材料共混改性研究进展[J]. 苏桂仙,李光辉,张红霞,张青,李德玲. 化工新型材料. 2017(07)
[9]聚乳酸改性及其在包装材料中的应用[J]. 吕培,马丕明,东为富,王如寅. 塑料包装. 2017(03)
[10]高填充可降解塑料制品的研究及应用进展[J]. 杨冰,许颖,王小威,周卫东,季君晖,李玉荣,樊武元. 塑料. 2014(04)
本文编号：3270450
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
PLA基复合材料的SEM图
图2是PLA及PLA基复合材料的XRD谱图，由图可见，纯PLA在2θ=16.8°、19.2°处出现了衍射特征峰，分别对应PLA(110）和（200）晶面的特征衍射峰，且衍射峰强度越大，与之相对应的PLA结晶度就越大[15-16]。且纯PLA在2θ=16.8°处的结晶峰呈现为“馒头峰”，衍射强度较低，结晶不完全。在加入GNPs后，PLA各衍射峰的位置没有显著变化，说明PLA的晶型并没有改变；而部分衍射峰强度增强，结晶峰更加尖锐，半峰宽变窄，说明加入GNPS后，晶粒变得更加细化，结晶度相对增大。这是因为GNPs起到了异相成核的作用，降低了PLA的结晶活化能，使得PLA结晶更为容易，从而结晶度相对增大。当PLA/GNPs中引入20000分子量的PEG时，其衍射峰强度增大，并且随着PEG分子量的减小，其衍射峰强度增大，表明低分子量的PEG更能提高PLA的结晶能力。原因可能在于，低分子量的PEG分子链段较短，迁移能力比较好，能够有效地作为增塑剂提高PLA链段的运动能力，从而加快PLA的结晶速率。2.3 DSC分析
图3是PLA基复合材料的DSC结晶曲线。从图中可以看出，纯PLA的结晶曲线几乎为一条直线，在降温过程中未出现结晶放热峰，表明纯PLA在此过程未结晶。原因在于PLA本身结晶能力较差，主链上的甲基手性碳结构阻碍了分子链的内旋转，导致PLA分子链段运动能力较差，在冷却的过程中分子链来不及从无序到有序发生变化，从而结晶速率缓慢。而PLA/GNPs及PLA/GNPs/PEG复合材料在降温过程中都出现了大小不同的结晶峰，表明GNPs和PEG都能够促进PLA的结晶。表1为PLA基复合材料的DSC相关特性参数，其中给出了结晶温度（Tc）、熔融温度（Tm）、结晶焓值（ΔHc）、熔融焓值（ΔHm）和结晶度（Xc）。结合图3和表1可以看出，PLA/GNPs复合材料在110.16℃有一个放热结晶峰，而引入PEG后，复合材料的结晶峰明显右移，向着高温方向移动，Tc上升，ΔHc增大。表明PEG能有效地协同GNPs增强PLA的结晶能力，降低了PLA的过冷度，使得PLA在较高温度下就能够结晶。这是因为GNPs充当了成核剂，提供了异相成核点，降低了成核壁垒，使得PLA的结晶更加容易；另一方面，PEG作为增塑剂，提高了PLA分子链段的运动能力，晶体的生长速率加快，结晶更为完善。而在PLA/GNPs/PEG复合材料中，随着PEG分子量的减小，复合材料的结晶峰向高温方向移动，表明不同分子量的PEG都可以协同GNPs对PLA的结晶起到促进作用，且低分子量的PEG对PLA的结晶能力促进效果更显著。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS-PEG增韧改性PLA及其共混物性能研究[J]. 孙晨露,刘喜军,白小杰. 化工新型材料. 2019(04)
[2]成核剂TMP-6对PLLA/PDLA共混物结构与性能的影响[J]. 郝艳平,李义,刘志刚,颜祥禹,张会良,佟毅. 塑料科技. 2019(02)
[3]成核剂的添加对可降解材料聚乳酸结晶性影响的研究进展[J]. 张显勇,王忠,付蕾,贾仕奎. 化工新型材料. 2018(11)
[4]聚乳酸/右旋聚乳酸共混物的耐热性能及结晶性能[J]. 邹国享,屈鑫,赵彩霞,李锦春. 高分子材料科学与工程. 2018(04)
[5]无机成核剂改善聚乳酸结晶性能的研究进展[J]. 赵西坡,刘畅,徐敏,彭少贤. 材料导报. 2018(07)
[6]聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯/二氧化碳基热塑性聚氨酯三元薄膜的制备与性能研究[J]. 张也,佟毅,李义,刘志刚,颜祥禹,张会良. 塑料工业. 2018(01)
[7]L-PLA/S-PLA纤维的制备及其药物缓释性能研究[J]. 王凇,刘亚男,孔祥平,李建忠. 化工新型材料. 2017(09)
[8]聚乳酸复合材料共混改性研究进展[J]. 苏桂仙,李光辉,张红霞,张青,李德玲. 化工新型材料. 2017(07)
[9]聚乳酸改性及其在包装材料中的应用[J]. 吕培,马丕明,东为富,王如寅. 塑料包装. 2017(03)
[10]高填充可降解塑料制品的研究及应用进展[J]. 杨冰,许颖,王小威,周卫东,季君晖,李玉荣,樊武元. 塑料. 2014(04)
本文编号：3270450
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