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可生物降解聚乳酸的增韧改性及性能研究

发布时间:2020-04-02 12:34
【摘要】:聚乳酸(PLA)是一种生物质且可生物降解的人工合成的聚酯材料。在众多的可生物降解聚合物材料中,聚乳酸有着可以和某些工程塑料(聚乙烯和聚丙烯)相媲美的性能优势,例如有一定的强度、耐热性和极好的加工性能(可通过挤出和注塑等方式加工成型)。聚乳酸正因为这些特点,而被广为研究和应用。但聚乳酸韧性差的缺点使其不能满足对韧性要求高的领域(如3D打印材料和吹塑材料等)的需求。目前,聚乳酸的增韧改性方法分为化学与物理两种方法,但化学方法存在成本高,在操作复杂且难以实现大规模产业化生产的问题,而物理方法相对来说就更为简便,成本也相对较低。本文研究了柔性可降解生物聚酯和纳米粒子对聚乳酸增韧改性效果及增韧改性机理。主要内容如下:1、聚(丁二酸丁二醇酯)(PBS)和纳米二氧化硅(SiO_2)复合增韧PLA的研究:成功制备了用油酸修饰的纳米二氧化硅(O-SiO_2),并制备了PLA/PBS/SiO_2和PLA/PBS/O-SiO_2纳米复合材料。SiO_2/O-SiO_2的添加提高了PLA的热稳定性,除此之外,当SiO_2/O-SiO_2的添加量为3 wt%时,PLA/PBS/O-SiO_2纳米复合材料比PLA/PBS/SiO_2纳米复合材料提升了35%;PLA/PBS/O-SiO_2纳米复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别较PLA/PBS/SiO_2纳米复合材料提升了24%和22%。SEM图片表明,PLA/PBS/SiO_2纳米复合材料和PLA/PBS/O-SiO_2纳米复合材料的断裂冲击断面比纯PLA粗糙,尤其是PLA/PBS/O-SiO_2纳米复合材料。总之,复合改性提高了PLA的韧性,O-SiO_2经油酸修饰后,比SiO_2与基体的粘附性增强,所以增强增韧效果优于SiO_2。2、聚(己二酸对苯二甲酸丁二酯)(PBAT)增韧PLA的研究:PBAT的加入对PLA的热稳定性基本没有影响;当PBAT的添加量为5 wt%时,PLA/PBAT共混物的冲击强度和断裂韧性与纯PLA相比分别提高了35%和13%;PLA/PBAT共混物的弯曲强度和模量分别降低了8%和14%。总体来说,当PBAT的添加量为5 wt%时,PBAT对PLA的增韧效果最好。SEM图片显示,PLA/PBAT共混物表面粗糙不平并有原纤化现象产生。3、PBAT和纳米氧化铝(Al_2O_3)复合增韧PLA的研究:纳米Al_2O_3的添加略微降低了PLA/PBAT共混物的热稳定性。当纳米Al_2O_3的添加量为1.0 wt%时,PLA/PBAT/Al_2O_3纳米复合材料的冲击强度和断裂韧性分别较PLA/PBAT共混物增加了35%和22%。PLA/PBAT/Al_2O_3纳米复合材料的弯曲强度和弯曲模量相较于PLA/PBAT共混物有不同程度的提升。SEM图片显示,PLA/PBAT/Al_2O_3纳米复合材料有着比PLA/PBAT共混物和纯PLA更为粗糙的表面。总之,PBAT和纳米Al_2O_3对PLA有复合增韧作用。
【图文】:

示意图,周期循环,聚乳酸,自然界


图 1.1 聚乳酸在自然界周期循环示意图的合成及分类的分子式为 C3H6O3,分子上含羟基和羧基,乳酸有两1)D-乳酸和/或 L-乳酸的直接缩合;(2)共沸脱水聚合等方法制备的 PLA 就存在三种类型,即聚(L-乳酸D,,L-乳酸),聚合方法及 PLA 种类见下图[17]:

聚合方法,乳酸,共聚物,聚乳酸


图 1.2 L-乳酸和 D-乳酸共聚物的聚合方法1.2.3 聚乳酸的性能特征聚乳酸的一些主要性能参数如下表所示[18-19]:表 1.1 聚乳酸的主要性能参数项目 PLA 项目 PLA相对分子质量 10-30(×104) 结晶度/% 10-40玻璃化转变温度/(℃) 50-61 熔点/℃ 130-215无缺口冲击强度/(J/m) 16-26 维卡软化点/℃ 52-165弯曲强度/(MPa) 88-106 热变形温度/℃ 50-55杨氏模量/(MPa) 3750-3900 拉伸强度/(MPa) 44-59断裂伸长率/% 4-10 熔体流动指数(10min)/(g/min) 0.2-2.01.2.4 聚乳酸的应用
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ323.41

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本文编号:2611960

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