环境友好型聚乳酸复合材料的制备及燃烧特性研究

发布时间：2020-11-07 11:32

　　 聚乳酸(PLA)是一种热塑性树脂,原料主要为马铃薯、玉米等,具有优异的生物相容性和可完全降解的特性,其降解产物为H_2O和CO_2。然而,PLA也存在先天不足,其在空气中易燃、融滴现象严重且韧性差的缺点在很大程度上限制了其产品的广泛应用,因此需要对PLA进行阻燃和增韧改性。本文在综述了PLA无卤阻燃研究现状的基础上,提出用超细硫酸钡(BaSO_4)及竹纤维(BF)为改性剂,用熔融共混工艺制备环境友好PLA复合材料,并对其微结构、力学性能、热稳定性及燃烧特性进行了较为系统的研究。主要研究内容如下:1.利用超细BaSO_4作为改性剂,通过熔融共混制备PLA/BaSO_4复合材料。借助极限氧指数(LOI)、热重分析(TGA)、垂直燃烧(UL-94)和万能试验机等测试手段对考察了BaSO_4的添加量对PLA/BaSO_4复合材料的热稳定性、燃烧行为和力学性能的影响规律。燃烧结果表明,纯PLA的LOI仅为21.6%;当BaSO_4的添加量为5.0%~20.0%时,复合材料的LOI值提高至21.5%~22.6%,UL-94阻燃等级达到V-2级,但当BaSO_4的添加量进一步增加到25.0%时,反而导致LOI值下降至21.8%。TGA分析发现,随着BaSO_4含量的增加,复合材料的残炭率明显增加。力学测试显示,随BaSO_4含量的增加,PLA复合材料的冲击韧性呈现先上升后下降的变化趋势,当添加量为10.0%时,冲击韧性达到最大值,21.98 kJ/m~2,相较纯PLA增加了52.7%;但过多的BaSO_4反而会降低PLA/BaSO_4复合材料的冲击韧性。2.采用苯基磷酸(PHPA)对BF进行阻燃改性(记为BF/PHPA),并制备BF/PHPA/PLA复合材料。结果表明BF/PHPA的加入可以在一定程度上提高BF/PHPA/PLA复合材料的阻燃性能。随着添加量的增加,LOI值也随之增大,当添加量从7.5%提高到50.0%,LOI值从24.5%增加到27.0%,尽管试样的UL-94阻燃等级没有明显变化,均为V-2级。这主要是由于BF的引入促进形成了较为致密的残炭层,起到了隔绝空气和保护材料的效果。TGA结果表明BF/PHPA可以明显提高PLA的高温热稳定性,增加残炭率,但却降低了其力学性能,这与两者间存在明显的界面分离密切相关。3.采用植酸(PA)对BF进行改性(记为BF/PA),并制备BF/PA/PLA复合材料。结果表明,当BF/PA的添加量从7.5%增加到50.0%时,BF/PA/PLA复合材料的LOI值从24.1%显著提高到30.5%。UL-94阻燃等级相应地从V-2级提高到V-0级,且无明显融滴现象。与BF/PHPA相比,BF/PA能够明显提高PLA复合材料的阻燃性能,形成完整致密的焦炭层,显示出了更为优异的隔热、隔氧和保护基体的特性。TGA结果显示,BF/PA/PLA复合材料的高温热稳定性得到明显提升,其残炭率大幅增加。力学测试表明,与未改性BF及BF/PHPA相比,BF/PA对PLA具有一定的增韧效果。SEM观察发现,当添加量较小时,BF/PA在PLA基体中分散较为均匀,具有较好的界面相容性;与BF/PHPA相比,尽管BF/PA的存在也导致了材料力学性能的下降,但其降幅要明显低于前者。图[34]表[14]参[82]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB332;TQ323.41
【部分图文】：

周松等[48]同样采用 NaOH 溶液处理 BF，并制备了乙烯-醋酸乙烯酯共聚(EVA)/BF 复合材料，主要对材料力学性能以及热性能等进行了分析。研究表碱处理后的 BF 可以提高 EVA/BF 复合材料的刚性。2. 蒸汽爆破处理为了克服 BF 与基体之间界面相容性差的问题，何福善等[49]采用对 BF 进蒸汽爆破处理的方法以探索复合材料相界面结合度与性能之间的关系，研究表经过蒸汽爆破处理后的复合材料其冲击强度提高了 10%以上，并且蒸爆处理可改善材料的高温稳定性和耐磨性，作者认为原因在于经过蒸爆处理的 BF 外表发生变化，呈现棉絮样的形态，其表面具有明显的细小沟壑(图 1)，意味着其表面积增大，有利于提高与基体的界面结合性。

2.3 结果与讨论2.3.1 LOI 和 UL 94 测试结果分析表 3 PLA/BaSO4复合材料 LOI 及 UL 94 测试结果Table3 The LOI and UL-94 test results of PLA/BaSO4compositesNumber Samples PLA BaSO4LOI UL 941 100/0 100 0 21.6% V-22 95/5 95 5 21.5% V-23 90/10 90 10 22.5% V-24 85/15 85 15 22.6% V-25 80/20 80 20 22.6% V-26 75/25 75 25 21.8% 无级别1 2 3 4 5 6

了大量了粒子簇以及空穴，降低了阻隔效应。 表明复合材料的融滴现象有所改善。当 BaSO4的添加严重，随着添加量的增加，融滴现象逐渐改善(样品 3 25.0%时，融滴现象又较为严重，根据 2.3.4 节中的 S BaSO4的添加量增大，在复合材料中形成粒子簇以及应。试分析
【参考文献】

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本文编号：2873886