β-环糊精对长支链化聚乳酸复合材料发泡质量及力学性能的影响
发布时间：2021-08-31 12:50
以苯乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物（ADR）为扩链剂对聚乳酸（PLA）进行长支链化,利用液相凝胶色谱测试仪（GPC）、示差扫描量热分析（DSC）等研究了ADR用量对PLA综合性能的影响,同时探讨了β-环糊精（BC）对长支链化PLA发泡复合材料发泡质量及力学性能的影响。结果表明:添加0.5%（质量分数,下同）的ADR使改性PLA的重均分子质量从2.2×105g/mol增加到2.61×105g/mol,改性后PLA的相对分子质量分布最高达到4.23,熔体黏度也明显提高。当在长支链化PLA中添加BC进行发泡时,发现添加5%的BC能得到理想的改性PLA复合材料泡孔结构,其泡孔平均直径达到28.8μm;当BC含量为3%时,与纯PLA发泡材料相比,发泡长支链化PLA/BC复合材料的弯曲、拉伸和冲击强度分别增加了9.1%、14.3%、52.3%。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PLA、PLA/0.5ADR、PLA/0.6ADR和ADR的FT-IR光谱
图8为长支链化PLA/BC复合材料的力学性能变化曲线。从图8中可知，随BC质量分数的增加，PLA/BC复合材料的弯曲强度和拉伸强度先增大后减小，当BC添加量为3%时，其弯曲强度和拉伸强度分别为74.21 MPa、42.28 MPa，与纯PLA相比分别增加了9.1%、14.3%(如图8a和图8b所示)。从图8c可知，随BC含量的增加，长支链化PLA/BC复合材料的冲击强度呈先增大后减小的变化趋势。当BC添加量为3%时，复合材料的冲击强度为3.258 k J/m2，比纯PLA增加了52.3%。其原因在于，纯PLA的冲击断面比较平滑，断面呈现条纹状裂纹，表现出脆性断裂的特征，从而使PLA的抗冲击性能比较差;而加入BC以后，长支链化PLA/BC复合材料的断面变得凹凸不平且极不规则，在断面处可以看到长支链化PLA基体表面出现许多BC小颗粒，表现出韧性断裂特征(如图9所示)。因此，添加了BC的长支链化PLA/BC复合材料的冲击性能较好。图9 长支链化PLA/BC复合材料的SEM照片
图2为不同含量ADR对PLA的时间-扭矩变化曲线。从图2a可以看出，纯PLA的时间-扭矩曲线只出现1个熔融峰，而加入ADR后，长支链化PLA出现第2个峰。这表明ADR在熔融过程中引发了PLA的支化反应，形成长支链化PLA，且其平衡扭矩均高于纯PLA。这是由于长支链化PLA分子链缠结点增多，阻碍链段流动，导致平衡扭矩增加[14]。ADR含有3个环氧活性官能团，其能与PLA端羧基和羟基官能团发生反应，生成羟基和酯键，从而促使PLA形成较多的长支链[15]。当ADR添加0.5%时，平衡扭矩趋于平衡，长支链化PLA达到最大值(90.8 N·m)，熔体强度逐渐增大，有利于发泡过程中支撑泡孔的生长。当加入0.6%的ADR时，平衡扭矩出现下降趋势，这是因为加入0.6%的ADR时环氧基团数目过多，与有限的PLA基体分子链上的端羟基、羧基官能团反应后，剩余的环氧基团阻碍分子链的运动。图2b给出ADR的用量对PLA剪切流变的变化曲线。从图2b可知，剪切黏度和剪切速率存在线性关系，利用直线的斜率得出不同复合材料的非牛顿指数n，发现n值均小于1，说明长支链化PLA材料均为剪切变稀的假塑性流体[16];随着ADR用量的增加，长支链化PLA的非牛顿指数n值不断增大，从0.50逐渐增至0.64。这表明ADR和PLA之间发生了支化或交联反应，分子链上缠结点数目增加，增加了分子链纠缠度，使熔体黏度不断增加，随着ADR含量的增加，其熔体的扭矩值不断增大，其中在含量为0.5%时达到最大值。2.3 长支链化PLA的分子量
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩链剂KL-E4370对PLA/PBAT复合材料结构与性能的影响[J]. 王冬,蒙钊,丁力. 塑料科技. 2018(05)
[2]木粉对聚乳酸流变、结晶及发泡行为的影响[J]. 王友勇,李浩,宋永明,代璐,王发扬. 高分子材料科学与工程. 2017(08)
[3]苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物对聚苯乙烯/聚乳酸共混物力学性能和流变性能的影响[J]. 高翔,王敏,陈业煌,胡涛,王小涛,吴崇刚,龚兴厚. 高分子材料科学与工程. 2017(04)
[4]三相存在下聚丙烯/纤维复合发泡材料的力学性能[J]. 段焕德,王昌银,王醴均,蒋团辉,何力,龚维. 高分子材料科学与工程. 2016(02)
[5]PLA/HNTs纳米复合材料的制备、性能及其发泡行为[J]. 梁丽金,钟旭飘,谢德明. 材料科学与工程学报. 2015(05)
[6]微孔发泡聚乳酸/木纤维复合材料的泡孔结构[J]. 李少军,黄汉雄,许琳琼. 化工学报. 2013(11)
[7]聚乳酸的研究进展[J]. 张国栋,杨纪元,冯新德,顾忠伟. 化学进展. 2000(01)
[8]LDPE分子量及其分布和支化度的测定[J]. 姚自余,李之辉. 合成橡胶工业. 1990(06)
本文编号：3374927
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PLA、PLA/0.5ADR、PLA/0.6ADR和ADR的FT-IR光谱
图8为长支链化PLA/BC复合材料的力学性能变化曲线。从图8中可知，随BC质量分数的增加，PLA/BC复合材料的弯曲强度和拉伸强度先增大后减小，当BC添加量为3%时，其弯曲强度和拉伸强度分别为74.21 MPa、42.28 MPa，与纯PLA相比分别增加了9.1%、14.3%(如图8a和图8b所示)。从图8c可知，随BC含量的增加，长支链化PLA/BC复合材料的冲击强度呈先增大后减小的变化趋势。当BC添加量为3%时，复合材料的冲击强度为3.258 k J/m2，比纯PLA增加了52.3%。其原因在于，纯PLA的冲击断面比较平滑，断面呈现条纹状裂纹，表现出脆性断裂的特征，从而使PLA的抗冲击性能比较差;而加入BC以后，长支链化PLA/BC复合材料的断面变得凹凸不平且极不规则，在断面处可以看到长支链化PLA基体表面出现许多BC小颗粒，表现出韧性断裂特征(如图9所示)。因此，添加了BC的长支链化PLA/BC复合材料的冲击性能较好。图9 长支链化PLA/BC复合材料的SEM照片
图2为不同含量ADR对PLA的时间-扭矩变化曲线。从图2a可以看出，纯PLA的时间-扭矩曲线只出现1个熔融峰，而加入ADR后，长支链化PLA出现第2个峰。这表明ADR在熔融过程中引发了PLA的支化反应，形成长支链化PLA，且其平衡扭矩均高于纯PLA。这是由于长支链化PLA分子链缠结点增多，阻碍链段流动，导致平衡扭矩增加[14]。ADR含有3个环氧活性官能团，其能与PLA端羧基和羟基官能团发生反应，生成羟基和酯键，从而促使PLA形成较多的长支链[15]。当ADR添加0.5%时，平衡扭矩趋于平衡，长支链化PLA达到最大值(90.8 N·m)，熔体强度逐渐增大，有利于发泡过程中支撑泡孔的生长。当加入0.6%的ADR时，平衡扭矩出现下降趋势，这是因为加入0.6%的ADR时环氧基团数目过多，与有限的PLA基体分子链上的端羟基、羧基官能团反应后，剩余的环氧基团阻碍分子链的运动。图2b给出ADR的用量对PLA剪切流变的变化曲线。从图2b可知，剪切黏度和剪切速率存在线性关系，利用直线的斜率得出不同复合材料的非牛顿指数n，发现n值均小于1，说明长支链化PLA材料均为剪切变稀的假塑性流体[16];随着ADR用量的增加，长支链化PLA的非牛顿指数n值不断增大，从0.50逐渐增至0.64。这表明ADR和PLA之间发生了支化或交联反应，分子链上缠结点数目增加，增加了分子链纠缠度，使熔体黏度不断增加，随着ADR含量的增加，其熔体的扭矩值不断增大，其中在含量为0.5%时达到最大值。2.3 长支链化PLA的分子量
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩链剂KL-E4370对PLA/PBAT复合材料结构与性能的影响[J]. 王冬,蒙钊,丁力. 塑料科技. 2018(05)
[2]木粉对聚乳酸流变、结晶及发泡行为的影响[J]. 王友勇,李浩,宋永明,代璐,王发扬. 高分子材料科学与工程. 2017(08)
[3]苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物对聚苯乙烯/聚乳酸共混物力学性能和流变性能的影响[J]. 高翔,王敏,陈业煌,胡涛,王小涛,吴崇刚,龚兴厚. 高分子材料科学与工程. 2017(04)
[4]三相存在下聚丙烯/纤维复合发泡材料的力学性能[J]. 段焕德,王昌银,王醴均,蒋团辉,何力,龚维. 高分子材料科学与工程. 2016(02)
[5]PLA/HNTs纳米复合材料的制备、性能及其发泡行为[J]. 梁丽金,钟旭飘,谢德明. 材料科学与工程学报. 2015(05)
[6]微孔发泡聚乳酸/木纤维复合材料的泡孔结构[J]. 李少军,黄汉雄,许琳琼. 化工学报. 2013(11)
[7]聚乳酸的研究进展[J]. 张国栋,杨纪元,冯新德,顾忠伟. 化学进展. 2000(01)
[8]LDPE分子量及其分布和支化度的测定[J]. 姚自余,李之辉. 合成橡胶工业. 1990(06)
本文编号：3374927
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