凹凸棒石改性聚乳酸的结构和性能研究

发布时间：2017-08-23 12:13

  本文关键词：凹凸棒石改性聚乳酸的结构和性能研究

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【摘要】：聚乳酸(PLA)被称为新世纪最有前途的新型包装材料和生物医用材料。但是,PLA制品存在质脆、结晶速率慢、耐热性能差和亲水性能差等缺陷,这些缺陷严重限制了PLA作为通用塑料的广泛使用。本文以天然一维无机纳米粒子凹凸棒石(PA)同时作为PLA基体的异相成核剂和纳米填料,通过熔融共混制备了PLA/PA纳米复合材料。SEM和TEM结果表明,当PA含量为3 wt%时,可均匀分散在PLA基体中。通过红外光谱和XPS分析证实了PA纳米粒子表面的羟基与PLA基体中的羰基形成了氢键作用,当PA含量为3 wt%时,相互作用最强,促进了PA与PLA之间的相容性。PLA/PA纳米复合材料的力学性能研究结果表明添加PA纳米粒子提高了PLA/PA纳米复合材料力学性能,使得PLA分子从脆性材料向韧性材料转变,扩宽了PLA的应用领域。流变结果表明PLA/PA纳米复合材料的复数黏度均高于纯PLA的复数黏度,并且随着PA添加量的增加呈现先增加后降低的趋势,这种趋势在低频区比高频区明显的多,说明PA在PLA基体中形成了网络结构,从而提高了PLA/PA纳米复合材料的熔体黏度。在低剪切频率区,PLA/PA纳米复合材料的储能模量明显高于纯PLA的储能模量,并且随着PA含量的增加呈现先增加后降低的趋势,表明PA与PLA基体具有良好的相互作用,形成一定的网络结构,使得PLA分子链的自由运动受到影响,使储能模量明显高于纯PLA的储能模量。添加PA纳米粒子能改善PLA的热稳定性,当添加3 wt%PA时,复合材料的热分解温度比纯PLA提高了11℃。添加PA纳米粒子提高了PLA的结晶速率,在130℃时,含3 wt%PA的复合材料的t_(1/2)为4.73 min,相比于纯PLA的18.54 min加快了13.81 min,结晶速度提高了74.5%,说明PA对PLA具有较好的异相成核作用,减小了PLA/PA纳米复合材料的球晶尺寸。相比于纯PLA,PLA/PA纳米复合材料显示出了良好的热稳定性、结晶速率和力学性能,有望替代通用塑料应用于食品包装等领域。本研究结果可为PLA产品的物理改性和应用研发提供理论依据和技术指导。
【关键词】：聚乳酸 凹凸棒石 纳米复合材料 结构 性能
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 引言8-23
• 1.1 聚乳酸（PLA）的研究进展9-20
• 1.1.1 PLA的合成方法9-11
• 1.1.2 PLA的物理性质及其结构特征11-12
• 1.1.3 PLA的晶体结构12
• 1.1.4 PLA的结晶性能和熔融行为12-16
• 1.1.5 PLA的流变特性16-17
• 1.1.6 PLA的改性研究17-20
• 1.2 凹凸棒石及其改性高分子材料研究20-22
• 1.3 本论文的研究思路和研究方法22-23
• 2 实验部分23-27
• 2.1 实验原料23-24
• 2.2 PLA/PA纳米复合材料的制备方法24
• 2.3 主要实验设备24
• 2.4 测试与表征24-27
• 2.4.1 力学性能测试24-25
• 2.4.2 动态力学测试25
• 2.4.3 扫描电镜和透射电镜观察微观形貌25
• 2.4.4 傅立叶变换红外光谱分析(FT-IR)25
• 2.4.5 流变性能分析25
• 2.4.6 差示扫描量热仪分析（DSC）25-26
• 2.4.7 偏光显微镜(POM)观察26
• 2.4.8 热稳定性分析(TGA)26-27
• 3 PLA/PA纳米复合材料的结构和力学性能研究27-40
• 3.1 PLA/PA纳米复合材料的SEM与TEM分析27-28
• 3.2 PLA/PA纳米复合材料的FT-IR分析28-32
• 3.3 PLA/PA纳米复合材料的XPS分析32-37
• 3.4 PLA/PA纳米复合材料的力学性能37-38
• 3.5 PLA/PA纳米复合材料的动态力学性能38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 PLA/PA纳米复合材料的流变性能、热学性能和结晶行为研究40-51
• 4.1 PLA和PLA/PA纳米复合材料的流变性能40-42
• 4.2 PLA/PA纳米复合材料的热学性能42-46
• 4.2.1 DSC分析42-45
• 4.2.2 TGA分析45-46
• 4.3 PLA/PA纳米复合材料的结晶行为46-50
• 4.3.1 等温结晶动力学46-49
• 4.3.2 POM观察49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 结论51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-62
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文62

【参考文献】

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本文编号：724982