高岭土杂化改性端羧基聚乳酸复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-09-21 20:18

  本文关键词：高岭土杂化改性端羧基聚乳酸复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：聚乳酸(PLA)既是一种绿色环保材料,又是一种新型生物降解材料,它是以可再生植物为原料合成的。聚乳酸分子中的酯键易水解,属于脂肪族聚酯,在微生物的作用下在人体或土壤中发生降解,然后生成乳酸,最终代谢产物为二氧化碳和水。聚乳酸及其共聚物在医药及医疗用品方面的应用与开发受到了国内外学者的高度重视,这是因其有着良好的化学惰性并且易于加工,又有着良好的生物降解性和生物相容性。聚乳酸的意义不单单体现在环镜保护方面,它对建设循环经济和节约型社会也有着非常重要的意义。本课题主要研究了端羧基改性聚乳酸的制备和高岭土/聚乳酸复合材料的制备。(1)丙交酯和聚乳酸的制备。本文采用先缩聚再解聚的两步法,乳酸发生酯化反应脱去水分,并生成乳酸低聚物,然后在较高温度下将生成的乳酸低聚物进行催化解聚,最后得到丙交酯。实验首先以乳酸为单体,氧化锌为催化剂,压力为0.095MPa,温度逐渐升温至180℃,脱水反应3h,制得丙交酯单体,探讨影响丙交酯合成的因素,得出乳酸单体在140℃条件下,催化剂氧化锌的质量百分比为1.5%,反应时间为3小时制得高分子量的聚乳酸。然后再以丙交酯为原料,以辛酸亚锡为催化剂,压力为0.095MPa,温度逐渐升温至160℃,聚合5h,制得聚乳酸。讨论聚乳酸合成的影响因素,得出聚合反应的时间为5h,聚合温度在170-180℃之间时,当n(丙交酯)/n(辛酸亚锡)=5000,可以得到相对分子质量为65000的聚乳酸。红外图谱和氢谱数据表明,在辛酸亚锡催化剂作用下,单体丙交酯发生了开环反应。(2)端羧基聚乳酸的扩链和改性。在对PLA分子进行扩链时,大多数人选用二恶唑啉类型的催化剂,这是因为这类催化剂的活性高,催化选择性好。本实验以丙交酯为原料、辛酸亚锡为催化剂、丁二酸酐为改性剂,采用梯度升温法,直接熔融合成端羧基聚乳酸共聚物P(L-SA),接着用1,3-PBO(2,2-(1,3-亚苯基)-二恶唑啉)对共聚物进行扩链,制得聚酰胺酯(PEA),最后将高岭土与PEA熔融复合改性。红外图谱和核磁图谱数据表明,聚乳酸中的—COOH与二恶唑啉成功合成出目标产物。研究得出,以丙交酯为原材料,丁二酸酐为亲水改性剂,1,3-PBO为扩链剂合成聚乳酸的最佳工艺条件为在0.098MPa,150℃下,n(丁二酸酐)：n(丙交酯)=1：9.5,n(丙交酯)：n(1,3-PBO)=1:2.4,扩链反应时间为1h,制得扩链产品聚酰胺酯PEA.GPC测出该条件下产物的相对分子质量最大为24万。玻璃化转变温度数据表明扩链后的聚乳酸和复合改性后的耐热性能均提高。拉伸强度测试说明复合材料的力学性能得到提升。电子扫描图表明成功地将聚酰胺酯颗粒插入到高岭土片层之间。(3)高岭土改性聚乳酸基复合材料的制备。本实验采用原位聚合法制备高岭土/PLEA(聚酰胺酯)纳米复合材料。首先制备出分子量较小的的端羧基聚乳酸P(LA/SA),其次合成出插层复合物高岭土/二甲亚砜,一定温度减压原位扩链聚合45 min,制备PLEA/高岭土复合材料。根据前面所述的实验步骤将PLEA与不加高岭土/二甲亚砜复合物合成的产物作比较。研究发现,实验成功的以1,3-PBO作为扩链剂,制备出了高岭土改性聚乳酸基复合材料,并确定在m(P(LA/SA)):m(高岭土/二甲亚砜)=1：1.2,聚合温度为160℃,反应时间为十二小时时所得到的的高岭土/PLEA复合材料的各种性能得到了显著的提高,高岭土改性后的高岭土/PLEA复合物的耐热性得到提高。
【关键词】：聚乳酸 二恶唑啉 聚酰胺酯 扩链 高岭土复合材料
【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
• ABSTRACT6-12
• 1 前言12-25
• 1.1 概述12
• 1.2 聚乳酸的合成方法12-20
• 1.2.1 直接缩聚法13-15
• 1.2.2 丙交酯开环聚合法15-16
• 1.2.3 反应挤出聚合法16
• 1.2.4 固相缩聚法16-17
• 1.2.5 扩链聚合法17-20
• 1.3 聚乳酸的改性20-22
• 1.3.1 聚乳酸的化学改性20-21
• 1.3.2 聚乳酸的物理改性21
• 1.3.3 纳米复合21
• 1.3.4 高岭土插层研究进展21-22
• 1.3.5 聚合物/高岭土复合材料的研究22
• 1.4 聚乳酸的应用22-24
• 1.4.1 药物释放材料22-23
• 1.4.2 骨折固定材料23
• 1.4.3 外科手术缝合23
• 1.4.4 眼科植入材料23-24
• 1.4.5 工农业、生活领域的应用24
• 1.4.6 组织工程支架材料24
• 1.5 本论文研究的意义及内容24-25
• 2 丙交酯和聚乳酸的合成及其性能25-34
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-27
• 2.2.1 原料与试剂26
• 2.2.2 实验仪器26
• 2.2.3 实验过程26-27
• 2.2.4 测试和表征27
• 2.3 结果与讨论27-33
• 2.3.1 丙交酯产率的影响因素27-30
• 2.3.2 丙交酯和聚乳酸的结构表征30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 端羧基聚乳酸的扩链、改性及其性能34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 仪器34
• 3.2.2 原料34-35
• 3.2.3 实验过程35
• 3.2.4 测试和表征35-36
• 3.3 结果与讨论36-41
• 3.3.1 改性产物结构的确定37-39
• 3.3.2 n(丁二酸酐)/n(丙交酯)对端羧基聚乳酸P(LA/SA)相对分子质量的影响39
• 3.3.3 n(丙交酯)/n(1,3-PBO)对聚酰胺酯PEA相对分子质量的影响39-40
• 3.3.4 玻璃化转变温度分析40
• 3.3.5 拉伸性能测试40
• 3.3.6 扫描电镜分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 高岭土改性聚乳酸基复合材料的制备与性能研究42-48
• 4.1 引言42
• 4.2 实验部分42-44
• 4.2.1 试剂42-43
• 4.2.2 仪器43
• 4.2.3 实验过程43
• 4.2.4 测试和表征43-44
• 4.3 结果与讨论44-47
• 4.3.1 P(LA/SA)与高岭土/二甲亚砜复合物质量比对PLEA/高岭土复合材料Mn的影响44
• 4.3.2 原位聚合温度对PLEA/高岭土复合材料Mn的影响44-45
• 4.3.3 原位聚合时间对PLEA/高岭土复合材料Mn的影响45
• 4.3.4 FT-IR分析45-46
• 4.3.5 玻璃化转变温度分析46
• 4.3.6 SEM分析46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 总结与展望48-50
• 5.1 总结48
• 5.1.1 丙交酯和聚乳酸的合成及其性能48
• 5.1.2 端羧基聚乳酸的扩链、改性及其性能48
• 5.1.3 高岭土改性聚乳酸基复合材料的制备与性能研究48
• 5.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-60
• 攻读学位期间发表的学术论文目录60-61

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本文编号：896650