【摘 要】
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聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种无毒、可全生物降解和韧性较好的脂肪族碳酸酯,与其他可生物降解材料相比,PPC具有良好的气体阻隔性,然而较差的热稳定性和拉伸强度约束了 PPC的实际应用。本论文采用熔融共混和多层复合制备PPC复合材料,通过添加增强材料和设计多层结构改善PPC的热稳定性、力学、形状记忆和水蒸气阻隔性能,为拓宽PPC在形状记忆和包装材料领域的应用提供新方法。论文分别采用酒石酸(TA)和无水醋
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聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种无毒、可全生物降解和韧性较好的脂肪族碳酸酯,与其他可生物降解材料相比,PPC具有良好的气体阻隔性,然而较差的热稳定性和拉伸强度约束了 PPC的实际应用。本论文采用熔融共混和多层复合制备PPC复合材料,通过添加增强材料和设计多层结构改善PPC的热稳定性、力学、形状记忆和水蒸气阻隔性能,为拓宽PPC在形状记忆和包装材料领域的应用提供新方法。论文分别采用酒石酸(TA)和无水醋酸锌(ZA)改性热塑性淀粉(TPS)得到了改性产物TA-TPS和ZA-TPS,通过熔融共混制备不同改性TPS含量下的PPC基复合材料,研究改性方法和改性TPS含量对复合材料结构与性能的影响。红外光谱结果表明TPS与PPC存在相互作用,TA的引入促进了 PPC与TPS进一步相互作用,微观形态SEM照片结果表明TA使得TPS分散尺寸变小,改善了 PPC与改性TPS的相容性,提高了PPC/TA-TPS复合材料的热稳定性。流变性能测试结果表明:当TA-TPS含量为10 wt%时,复合材料储能模量(G’)、损耗模量(G")和复数黏度(η*)最低,这是因为部分酒石酸对PPC起到了增塑的作用,使流动性能变好。PPC/ZA-TPS体系相容性比PPC/TA-TPS体系低,在高温下ZA-TPS释放的Zn2+会加速体系的热分解,因此PPC/TA-TPS体系的热稳定性与力学性能比PPC/ZA-TPS体系更好。当TA-TPS含量低于10 wt%时,PPC复合材料的韧性、水蒸气阻隔性能和拉伸强度得到一定的提高,随着含量的增大,TA-TPS团聚变得更明显,性能开始有一定下降。将氧化微晶纤维素(OMCC)和氧化纳米微晶纤维素(OCNC)引入PPC材料中,通过改变混炼顺序,研究TA-TPS与纤维素对PPC复合材料性能的影响。流变性能测试结果表明:PPC/OMCC复合材料的G’、G"和η*较PPC/OCNC体系要高,结合SEM微观形态结果分析,复合材料中OMCC的分散尺寸大于OCNC,同时当OMCC含量增加时,与PPC相容性变差,从而使得体系的流动性能变差,模量和黏度上升。对于PPC/OCNC复合材料,PPC复合材料的拉伸强度随着OCNC含量增加而提高,低含量下刚性OCNC能抑制体系塑性形变,其循环回复的Rr保持在90%以上;随着OCNC含量增加,PPC/OCNC体系水阻隔性能增强。将PPC、TA-TPS和OCNC 同时共混制备的PPC/TA-TPS/OCNC复合材料,力学性能、水蒸气阻隔和热稳定性能较好,且体系G’、G"和η*较高,与体系内形成部分网络结构有关。将PPC/OCNC与PPC/TA-TPS两种复合材料通过多层复合叠加后,制备了多层复合材料。复合材料的分散相分布形成立体多层网络结构,提高了 PPC复合材料的拉伸强度、亲水性、玻璃化转变温度和水蒸气阻隔性能,然而由于多层PPC复合材料经受过多次热加工历史,使得其高温热稳定性有一定下降。多层复合时层数增加有利于提高多层PPC复合材料形状回复率,循环形状回复性能得到改善。
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