界面增容对PLA结晶及强韧性的影响

发布时间：2017-12-07 18:13

  本文关键词：界面增容对PLA结晶及强韧性的影响

  更多相关文章： 聚乳酸 蒙脱土 结晶 增韧 相容性

【摘要】：高分子材料广泛应用于国民经济和日常生活的各个方面,大量的高分子材料,在给人们带来生活便利的同时也给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。PLA以生物基为原料,是目前研究最多、最具发展潜力的可生物降解材料之一。然而,PLA的结晶速率缓慢、耐热性差和韧性低等问题限制了其更为广泛的应用,PLA替代传统石油基塑料尚任重而道远。因此,改善PLA的结晶性能、提高其韧性具有重要的理论指导及现实意义。关于PLA的结晶性能,蒙脱土(MMT)作为一种片层状的无机纳米粒子,可作为成核剂提高PLA的结晶性能,并且其片层结构还可赋予材料更好的耐热、阻隔等性能,是应用非常广泛的无机纳米填料,但是,由于天然MMT为亲水性,与PLA之间的界面相互作用差,其成核作用并不能很好的发挥,还会因为引入不良界面而造成材料机械性能的下降。因此,提高两者之间的相互作用,优化MMT在PLA基体中的分散,最大化MMT的成核作用仍是需要解决的问题。关于PLA的韧性,弹性体甲基丙烯酸缩水甘油酯(EGMA)具有很好的韧性,同时,其分子链含有环氧基团,与PLA的端羧基和端羟基存在反应活性,常被用来增韧改性PLA。但是,当EGMA含量较低时,对PLA的增韧效果不佳,而当EGMA含量较高时,虽然PLA的韧性有很大的提高,但也会造成PLA强度和模量的极大降低。因此,如何在获得超韧PLA的同时,保持其优异的强度和模量,仍是亟待解决的问题。针对上述的两个问题,本文设计了两个体系,一、采用多巴胺改性处理MMT制得OMMT,并通过熔融共混法制备了PLA/OMMT复合材料,研究复合材料的界面相容性,结晶性能和力学性能等;二、通过熔融共混法制备了PLA/EGMA/DCP复合材料,研究引发剂DCP对PLA基体与弹性体EGMA的界面增容性的影响,并系统地研究了共混材料的力学性能及其增韧机理。具体的研究结果如下:经过多巴胺改性处理,OMMT片层间距增大,且随着聚合反应时多巴胺浓度的增加和聚合反应时间的延长,OMMT层间距不断增大,聚合在OMMT片层上的PDOPA含量增加。由XRD中反映MMT层状结构的第一衍射峰清晰可见,得知OMMT仍是片层结构。PLA/MMT复合材料相比于纯PLA,成核密度增大,MMT起到了有效成核剂的作用。然而,PLA/OMMT复合材料中,PLA的成核密度继续增大,球晶生长速度更快,球晶尺寸更小,OMMT较未改性MMT具有更优异的异相成核作用,因此更有利于促进PLA的结晶。此外,PLA/OMMT复合材料的界面脱粘不明显,部分粒子可完全浸没在PLA基体中,说明OMMT与PLA相容性更好。PLA/OMMT复合材料的拉伸强度基本与PLA/MMT复合材料一样,但断裂伸长率明显提高,相比于纯PLA提高了2.9倍。PLA是具有高强度、高模量、低断裂伸长率的脆性材料,添加5 wt%EGMA时,材料的断裂伸长率由5%提高到10%,而继续加入0.05~0.2 phr DCP后,通过反应性共混,PLA/EGMA的断裂伸长率显著提高,缺口冲击强度也有相应的增大。更为重要的是,材料的拉伸强度、模量相比于纯PLA并没有降低。DCP的加入,在没有造成PLA的降解或交联的同时,促进了PLA与EGMA的界面发生了反应性增容,两相界面的粘合性增强,分散相EGMA的粒径显著变小,且均匀分散于PLA基体中。拉伸过程中,强的界面粘结性阻止了界面脱粘,促进了EGMA弹性体粒子发生了内部空穴化,有效地引发了基体大面积的剪切屈服形变,吸收了大量的能量,从而使材料由脆性断裂转变为韧性断裂,制备得到高强高韧的PLA基复合材料。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB324

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本文编号：1263291