论文部分内容阅读
聚乳酸(PLA)是目前研究最多、工业化生产技术最为成熟、并且在周围环境中可以生物降解的一种脂肪族聚酯材料。然后,PLA因其自身的高脆性、低降解速率、以及耐热性差等缺陷,限制了其应用推广。因此,为了克服上述局限性,国内外的科研工作者通过化学改性、物理改性以及物理-化学协同改性等手段对PLA进行结构调控,以此提升PLA的综合性能。聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)是由己二酸丁二酯(PBA)和对苯二甲酸丁二酯(PBT)无规共聚生成的脂肪族-芳香族共聚酯,由于其具有高断裂伸长率,高冲击强度和可生物降解性,因此被广泛用于增韧改性PLA。近些年,研究人员先后制备出适用于不同领域的PLA基复合材料,但是这类复合材料的生产成本相对较高,且PLA的力学强度损失过多,因此具有一定的局限性。为了降低生产成本,成功制备出综合性能较好的PLA基复合材料,本论文在前人的工作基础上,利用硅灰石填充改性PLA/PBAT共混体系,并系统研究了硅灰石对PLA/PBAT复合材料的结构及性能的影响。为此,本论文进行了以下几项研究工作:(1)研究了扩链剂Joncryl ADR 4380对PLA/PBAT(60/40)共混体系结构与性能的影响。结果表明,扩链剂Joncryl ADR 4380在改善PLA/PBAT共混体系相容性方面效果显著,其增容原理是利用PLA与PBAT中的羟基或羧基与环氧基团发生发应,形成支链化分子结构,从而充当了PLA和PBAT相之间的桥梁,改善相容性。随着扩链剂的加入,PLA与PBAT链段的长度得到延伸,链段的运动受阻,故而导致PLA的玻璃化转变峰逐渐向高温移动。随着Joncryl ADR 4380用量的增大,PLA/PBAT共混物中PLA的结晶度逐渐降低,这是由于链延伸干扰了结晶过程,使得有大量的端基和支链生成不完善微晶,这些微晶限制了PLA的结晶。在整个频率范围内,PLA/PBAT共混物的储能模量和损耗模量随增容剂含量的增加而逐渐增大,这是由于扩链剂的加入使得PLA/PBAT共混物内部分子链的缠结作用增强。力学性能测试表明,引入扩链剂后,PLA/PBAT共混物的拉伸强度和冲击强度均有较为显著的提升,且在添加量为2.4wt%达到最大。(2)以Joncryl ADR 4380为增容剂,选用硅灰石作为填充增强材料,通过熔融共混的方法制备了PLA/PBAT/硅灰石复合材料,并研究了硅灰石对PLA/PBAT复合材料的性能及结构的影响。研究结果表明,硅灰石在PLA/PBAT复合材料中是一种物理分散,其与PLA/PBAT基体之间没有发生明显的化学键合。硅灰石与PLA/PBAT基体结合较弱,并且随着硅灰石含量的增大,硅灰石逐渐发生团聚现象。随着硅灰石的用量的增加,PLA的结晶度呈现先增大后减小的变化趋势,且PLA的熔融峰向高温方向移动。加入硅灰石后,PLA/PBAT复合材料的拉伸强度和冲击强度均有小幅度的提升,且在添加1wt%的硅灰石时达到最大。(3)选用硅烷偶联剂KH550和KH570为硅灰石的表面活性剂,通过接枝反应制得改性硅灰石GY4000-KH550和GY4000-KH570,然后以包覆率为指标,系统考察并优化了改性条件。研究结果表明,在KH550与硅灰石的质量之比为2.5,反应时间18 h,反应温度为40℃条件下,KH550改性效果最佳,改性后的硅灰石表面KH550的包覆率为15.29%。另外,在KH570与硅灰石的质量之比为3.5,反应时间20 h,反应温度40℃条件下,KH570改性效果最佳,且改性后的硅灰石表面KH570的包覆率为16.85%。(4)以改性硅灰石GY4000-KH550、GY4000-KH570为填充材料,通过熔融共混制备了PLA/PBAT/改性硅灰石复合材料,研究了两种改性硅灰石的增强效果。结果表明,改性硅灰石GY4000-KH550、GY4000-KH570对PLA/PBAT复合材料的力学性能均能起到增强作用,且在添加量为1wt%时,添加了改性硅灰石GY4000-KH570、GY4000-KH550的复合材料在力学性能方面均优于添加硅灰石GY4000的复合材料的力学性能强。相较于GY4000-KH550,GY4000-KH570同PLA/PBAT基体之间的结合更为紧密,且分散更为均匀,因此表现出优于GY4000-KH550的增强作用。伴随着改性硅灰石的加入,PLA/PBAT复合材料的结晶度呈现先增大后降低的变化趋势,并且GY4000-KH570在提高PLA结晶能力方面要优于GY4000-KH550。