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环境友好高分子材料由于符合低碳、环保、可持续发展的理念,目前受到人们的广泛关注,但是,由于成本及性能无法与传统高分子材料相媲美,这在很大程度上限制了环境友好高分子材料的推广和应用。因此,本论文围绕着如何制备低成本、高性能(高强度、高韧性、高耐热)环境友好高分子复合材料,开展了一系列工作,取得了如下成果:
1.注塑级高强度麻纤维增强聚丙烯复合材料的制备
本工作围绕着如何提高聚丙烯/苎麻复合材料的拉伸及弯曲强度,采用聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)作为相容剂以提高复合材料的界面粘结性,遴选合适的麻纤维原材料以及优化加工工艺以提高麻纤维在基体中的长径比,成功制备了高强度的注塑级聚丙烯/苎麻复合材料,结果表明,当苎麻纤维含量为30wt%时,聚丙烯/苎麻复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别高达67MPa和80MPa,远远高于荷兰GreenGran公司生产的同类产品的相关性能。形态结构分析表明良好的界面粘结性和较高的纤维长径比是聚丙烯/苎麻复合材料具有优异性能的主要原因。
2.塑化淀粉增韧聚丙烯
本工作采用可生物降解、成本低廉的热塑性淀粉增韧聚丙烯,以达到降低聚丙烯增韧改性的成本,实验结果表明,热塑性淀粉与乙烯-辛烯共聚物(POE)弹性体具有协同增韧聚丙烯的效果,同时添加15wt%的热塑性淀粉与15%的POE/POE-g-MAH,聚丙烯共混体系的缺口冲击强度高达64.3kJ/m2,达到了单独添加30wt%POE弹性体的增韧效果。这在很大程度上降低了POE弹性体的用量,有效地降低了成本。
3.POE-g-GMA增韧聚乳酸(PLA)制备高抗冲聚乳酸复合材料
本工作通过反应接枝制备了POE-g-GMA增韧剂,并研究了POE-g-GMA的接枝率对PLA增韧效率的影响,当接枝率为0.8%时,仅仅添加15%的POE-g-GMA,PLA的缺口冲击强度就达到72.4kJ/m2。而且首次得到了POE-g-GMA增韧PLA体系的临界粒子间距(0.5μm附近)。
4.E-MA-GMA增韧PLA制备高抗冲PLA复合材料
文献报道,采用E-MA-GMA弹性体增韧PLA时,必须增加后续退火步骤或者在较高加工温度下(240℃),才能得到超韧PLA共混物。而本工作从提高E-MA-GMA与PLA的反应活性角度出发,在反应共混过程中,通过添加少量的催化剂,实现了在不需要后续退火工艺及在正常的PLA加工温度(180℃)条件下,制备超韧PLA/E-MA-GMA共混物。
5.全生物基超韧PLA共混物的制备
采用生物基弹性体增韧聚乳酸,制备高抗冲全生物基聚乳酸复合材料的工作鲜有报道。本工作采用生物基弹性体Pebax()Rnew作为增韧剂,通过反应接枝制备了Pebax-g-GMA,有效地提高了生物基弹性体Pebax()Rnew与PLA基体的界面相容性。结果表明,添加30wt%的Pebax-g-GMA,PLA共混物的缺口冲击强度高达75.6 kJ/m2。
6.高耐热性全生物降解PLA基木塑复合材料的制备
PLA的结晶速率慢,导致其制品的耐热性能差,这在很大程度上限制了PLA的应用范围。本工作研究表明,加入成核剂多酰胺类化合物和木粉对PLA具有协同成核的效果,添加30%的木粉与0.3%的多酰胺类化合物,PLA的等温和非等温结晶速率大幅上升,PLA的维卡软化点从61.6℃提高到146.5℃。