為降低聚乳酸的生產(chǎn)成本、拓寬其應(yīng)用范圍和高值化利用茶產(chǎn)業(yè)剩余物資源,以茶粉（tea dust,TD）為填料,聚乳酸（polylactic acid,PLA）為基體,經(jīng)密煉、注塑工藝制備了環(huán)境友好型TD/PLA復(fù)合材料。以過氧化二異丙苯（dicumyl peroxide,DCP）為引發(fā)劑,通過熔融反應(yīng)制備了甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚乳酸（glycidyl methacrylate grafting PLA,GMA-g-PLA）,用傅里葉紅外光譜（Fourier transform infrared spectrum,FTIR）和核磁共振氫譜（H nuclear magnetic resonance,1H-NMR）對其進(jìn)行了表征,并以GMA-g-PLA為增容劑,考察了其添加對TD/PLA復(fù)合材料力學(xué)性能、界面形態(tài)、熱性能及吸水性能的影響。結(jié)果表明,FTIR和1H-NMR分析證實(shí)了GMA成功地接枝到了PLA上。GMA-g-PLA的添加明顯改善了TD與PLA的界面相容性,提高了TD/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性,降低了吸水率。在GMA-g-PLA添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時,復(fù)合材料的力學(xué)性能... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017年02期 第308-314頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同增容劑用量下TD/PLA

可見明顯的空隙，且TD出現(xiàn)被拉伸而滑移的痕跡，表明二者的界面結(jié)合作用弱。這是由于TD為強(qiáng)極性植物填料，PLA為非極性基體，二者熱力學(xué)不相容，因此界面出現(xiàn)了相分離結(jié)構(gòu)。在添加10%的GMA-g-PLA后，TD完全被基體緊緊包裹，界面空隙消失，TD被拉斷但并沒有滑移的痕跡（圖3c），表明在添加GMA-g-PLA后，TD與PLA基體界面相容性得到明顯改善，二者界面結(jié)合作用明顯增強(qiáng)。這也很好的解釋了GMA-g-PLA增容TD/PLA后，復(fù)合材料力學(xué)性能獲得改善的原因。注：GMA-g-PLA添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。Note:MassfractionofGMA-g-PLAis10%.圖3TD及TD/PLA復(fù)合材料增容前后斷面掃描電鏡圖Fig.3ScanningelectronicmicroscopyimagesofTDandtensilefracturesurfacesofTD/PLAcompositewithorwithoutGMA-g-PLA2.4GMA-g-PLA對TD/PLA復(fù)合材料熱重性能的影響采用熱重分析（thermogravimetricanalysis，TGA）試驗(yàn)測試了GMA-g-PLA增容前后TD/PLA復(fù)合材料的熱重性能，并采用起始分解溫度（Tonset）、熱分解失重50%溫度（T50%）、熱分解失重80%溫度（T80%）及分解失重最快的溫度（Tmax）4個指標(biāo)來表征復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，結(jié)果如圖4及表2所示。圖4為TD/PLA復(fù)合材料增容前后的熱重（thermogravimetric,TG）和微分熱重（differentialthermogravimetric,DTG）曲線，由圖4可知，TD/PLA復(fù)合材料增容前后的TG和DTG曲線相似，都只有一個明顯的失重過程。a.熱失重曲線a.Thermogravimetriccurveb.微分熱重曲線b.Differentialthermogravimetriccurve圖4不同增容劑添加量下TD/PLA復(fù)合材料的TG和DTG曲線Fig.4TGAandDTGcurvesofTD/PLAcompositeswithdifferentcontentofGMA-g-PLA由表2可知，未增容的TD/PLA復(fù)合材料Tonset、T50%及T80%分別為322

誚??4h后吸水率僅為0.23%，添加30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TD后，吸水率迅速增大，在浸水24h后其吸水率增大至1.20%。這是由TD極性填料對水分子的吸附能力較強(qiáng)所致。增容后的TD/PLA復(fù)合材料吸水率下降，這是由于增容前復(fù)合材料中極性的TD填料與非極性的PLA基體界面相容性差，在界面存在許多孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)的存在會加速TD填料對水分子的吸收[30]。增容劑GMA-g-PLA添加后，可通過與TD表面羥基化學(xué)反應(yīng)而有效連接TD與PLA，改善了界面相容性，使TD被PLA基體緊緊包裹，界面孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)量減少甚至消失，使復(fù)合材料吸水率下降。圖5PLA及不同增容劑添加量下的TD/PLA復(fù)合材料吸水性能Fig.5WateradsorptionofPLAandTD/PLAcompositewithdifferentcontentsofGMA-g-PLA從圖5還可知，隨增容劑添加量增加，復(fù)合材料吸水率逐漸減小，在GMA-g-PLA添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時達(dá)到最小，增容劑添加量繼續(xù)增大，復(fù)合材料吸水率反而有所增大。這是由于增容劑GMA-g-PLA用量增加，其對TD/PLA復(fù)合材料界面增容作用變強(qiáng)，TD與PLA的界面結(jié)合強(qiáng)度增加，使界面孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)量減少，吸水率下降，但增容劑用量過多時，可能會在界面區(qū)域沉積過多反而不利于界面的增容，引起復(fù)合材料吸水率有所增加。3結(jié)論采用熔融接枝反應(yīng)制備了GMA-g-PLA，并將其作為TD/PLA復(fù)合材料的界面增容劑，考察GMA-g-PLA添加量（0、2.5%、5%、10%和15%）對TD/PLA復(fù)合材料性能的影響，試驗(yàn)總結(jié)如下：1）通過FTIR和1H-NMR的分析表明，GMA已經(jīng)成功地接枝到PLA上，且通過1H-NMR計(jì)算出PLA上GMA的接枝質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.88%。2）GMA-g-PLA的添加明顯改善了TD與PLA的界面相容性，顯著提高了TD/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能。隨著GMA-g-PLA用量的增加，TD/PLA復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸模量先增大


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