高岭土杂化改性端羟基聚乳酸复合材料的制备与性能的研究

发布时间：2017-09-19 04:14

  本文关键词：高岭土杂化改性端羟基聚乳酸复合材料的制备与性能的研究

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【摘要】：本论文主要研究了用不同聚乙二醇改性聚乳酸、异氟尔酮二异氰酸酯扩链端羟基聚乳酸以及聚乳酸基／高岭土复合材料的制备与性能的研究。选用一系列聚乙--醇PEG-600、PEG-800、PEG-1000作为端羟基改性剂,分别与丙交酯在一定压力条件下,以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂,采用梯度控温法合成了PLEG-600、PLEG-800、PLEG-1000这几种端羟基聚合物。通过凝胶渗透色谱(GPC)分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析、核磁共振(1H-NMR)分析、示差扫描量热 (DSC)分析、X-射线衍射(XRD)分析、热重(TGA)分析以及接触角测试等对共聚物进行了表征。端基改性反应的最佳工艺条件是：聚合温度为160℃,聚合时间为8h,反应体系压力为0.095MPa,催化剂用量为ω(Sn(Oct)2)=0.5%,聚乙二醇用量为ω(PEG)=0.1%,制得的端羟基聚乳酸分子量最高可达23940。此外,聚乙二醇的加入起到了一定的增塑效果,有效改善了聚乳酸的脆性、亲水性能以及结晶性能,提高了聚乳酸的可加工性。其中PLEG-800的亲水性能最好,水在其表面的接触角最小为69°。选用异氟尔酮二异氰酸酯作为扩链剂,在一定压力条件下,以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂,采用梯度控温法,对PLEG-800进行扩链,得到了一种含酰胺嵌段的聚乳酸。通过GPC、FT-IR、1H-NMR、XRD、TGA等上述测试手段以及扫描电镜(SEM)分析对聚合物进行表征,扩链反应的最佳工艺条件是：n(-NCO):n(-OH)=2.0:1,扩链温度为160℃,扩链时间为25min,反应体系压力为0.095 MPa,催化剂用量为ω(Sn(Oct)2)=0.5%,分子量与扩链前相比可增大3倍以上。此外,扩链后聚合物的热分解起始温度与聚乳酸及PLEG-800相比都有所提高,说明扩链产物的热稳定性提高了,但结晶度比PLEG-800减小,说明扩链后聚合物的柔韧性有所提高。用硅烷偶联剂KH-550对高岭土进行改性,然后加入丙交酯、PEG-800熔融缩聚,最后加入异氟尔酮二异氰酸酯反应25min,改变高岭土的添加量,最终得到高岭土含量为1wt%,5wt%,10wt%的聚乳酸基／高岭土复合材料,依次标记为PLA/K-1、PLA/K-5、PLA/K-10。通过上述测试方法对聚合物进行表征,熔融缩聚反应的最佳工艺条件是：压力为0.095MPa,反应温度为160℃,反应时间为9h,聚乙二醇用量为ω(PEG-800)=1%,催化剂用量为ω)(Sn(Oct)2)=0.5%,高岭土含量为ω(高岭土)=5%, n(-NCO): n(-OH)=2.0:1。此外,高岭土的加入对含酰胺嵌段的聚乳酸的成核作用很明显,从而有效提高了聚乳酸基/高岭土复合材料的结晶度。高岭土的加入可以改善复合材料的热稳定性,当高岭土含量小于5%时,聚乳酸基/高岭土复合材料的起始热分解温度随高岭土含量的增加而升高,继续增加高岭土含量,聚乳酸基/高岭土复合材料的起始热分解温度下降。高岭土含量为5%时,在含酰胺嵌段的聚乳酸基体中分散均匀,无明显界限。
【关键词】：端羟基聚乳酸 聚乙二醇 异氟尔酮二异氰酸酯 高岭土 熔融缩聚
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.4;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-28
• 1.1 聚乳酸合成原料11-12
• 1.1.1 乳酸11-12
• 1.1.2 丙交酯12
• 1.2 聚乳酸的结构及性质12-14
• 1.3 聚乳酸的合成14-18
• 1.3.1 直接缩聚法14-16
• 1.3.2 丙交酯开环聚合16-18
• 1.4 聚乳酸的改性18-21
• 1.4.1 物理改性18-19
• 1.4.2 化学改性19-20
• 1.4.3 复合改性20-21
• 1.5 聚乳酸的应用21-23
• 1.5.1 医疗领域21-22
• 1.5.2 生态学应用22-23
• 1.5.3 纺织业23
• 1.6 聚乳酸纳米复合材料的种类23-25
• 1.6.1 PLA/硅酸盐纳米复合材料23-24
• 1.6.2 PLA/HA纳米复合材料24
• 1.6.3 聚乳酸/碳纳米管复合材料24-25
• 1.6.4 聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料25
• 1.7 聚乳酸纳米复合材料的制备方法25-27
• 1.7.1 原位聚合法25-26
• 1.7.2 溶液插层法26
• 1.7.3 熔融插层法26-27
• 1.8 本论文研究的意义及内容27-28
• 2 端羟基聚乳酸的合成及表征28-39
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 实验原料与试剂28
• 2.2.2 实验仪器28-29
• 2.2.3 实验过程29
• 2.2.4 反应方程式29
• 2.2.5 测试与表征29-30
• 2.3 结果与讨论30-37
• 2.3.1 催化剂用量对PLEG分子量的影响30
• 2.3.2 PEG含量对PLEG分子量的影响30-31
• 2.3.3 聚合温度对PLEG分子量的影响31-32
• 2.3.4 聚合时间对PLEG分子量的影响32
• 2.3.5 FTIR谱图分析32-33
• 2.3.6 ~1H-NMR谱图分析33-34
• 2.3.7 DSC分析34-35
• 2.3.8 结晶度分析35-36
• 2.3.9 PLEG亲水性能影响36-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 扩链改性PLEG的研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 实验原料与试剂39
• 3.2.2 实验仪器39-40
• 3.2.3 实验过程40
• 3.2.4 反应方程式40
• 3.2.5 测试与表征40-41
• 3.3 结果与讨论41-48
• 3.3.1 -OH/-NCO的摩尔比对聚合物生成的影响41
• 3.3.2 扩链时间对产物分子量的影响41-42
• 3.3.3 扩链温度对产物分子量的影响42
• 3.3.4 FTIR谱图分析42-43
• 3.3.5 ~1H-NMR谱图分析43-44
• 3.3.6 DSC分析44-45
• 3.3.7 结晶度分析45-46
• 3.3.8 TGA分析46-47
• 3.3.9 SEM分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 聚乳酸基/高岭土复合材料的制备与表征49-58
• 4.1 引言49
• 4.2 实验部分49-51
• 4.2.1 实验原料与试剂49
• 4.2.2 实验仪器49-50
• 4.2.3 实验过程50
• 4.2.4 测试与表征50-51
• 4.3 结果与讨论51-57
• 4.3.1 高岭土含量对复合材料分子量的影响51
• 4.3.2 聚合温度对复合材料分子量的影响51-52
• 4.3.3 聚合时间对复合材料分子量的影响52
• 4.3.4 FTIR谱图分析52-53
• 4.3.5 DSC分析53-54
• 4.3.6 TGA分析54-55
• 4.3.7 结晶度分析55-56
• 4.3.8 SEM分析56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 结论与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 本论文的后续工作设想59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-70
• 攻读学位期间发表的学术论文目录70-71

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本文编号：879428