采用石墨納米片（GNPS）來誘導(dǎo)聚乳酸（PLA）結(jié)晶,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究不同分子量聚乙二醇（PEG）協(xié)同GNPs對(duì)PLA結(jié)晶及熱性能的影響。利用擠出機(jī)熔融共混制得一系列PLA基復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射儀（XRD）、差示掃描量熱儀（DSC）、偏光顯微鏡（POM）、熱重分析儀（TG）等測(cè)試。結(jié)果表明,GNPs作為異相成核點(diǎn),降低了成核壁壘,能夠有效誘導(dǎo)結(jié)晶,且未改變PLA的晶型。相比高分子量的PEG,低分子量的PEG促進(jìn)結(jié)晶的效果更顯著。與純PLA相比,PLA/GNPs復(fù)合材料的T50%升高了2.2℃,Tf升高了11℃,而PLA/GNPs/PEG20000復(fù)合材料的T50%升高了12℃,Tf升高了13℃;PLA/GNPs/PEG4000的復(fù)合材料Xc最大,比純PLA提高了28.46%。 

【文章來源】：化工新型材料. 2020,48(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

PLA基復(fù)合材料的SEM圖

圖2是PLA及PLA基復(fù)合材料的XRD譜圖，由圖可見，純PLA在2θ=16.8°、19.2°處出現(xiàn)了衍射特征峰，分別對(duì)應(yīng)PLA(110）和（200）晶面的特征衍射峰，且衍射峰強(qiáng)度越大，與之相對(duì)應(yīng)的PLA結(jié)晶度就越大[15-16]。且純PLA在2θ=16.8°處的結(jié)晶峰呈現(xiàn)為“饅頭峰”，衍射強(qiáng)度較低，結(jié)晶不完全。在加入GNPs后，PLA各衍射峰的位置沒有顯著變化，說明PLA的晶型并沒有改變；而部分衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，結(jié)晶峰更加尖銳，半峰寬變窄，說明加入GNPS后，晶粒變得更加細(xì)化，結(jié)晶度相對(duì)增大。這是因?yàn)镚NPs起到了異相成核的作用，降低了PLA的結(jié)晶活化能，使得PLA結(jié)晶更為容易，從而結(jié)晶度相對(duì)增大。當(dāng)PLA/GNPs中引入20000分子量的PEG時(shí)，其衍射峰強(qiáng)度增大，并且隨著PEG分子量的減小，其衍射峰強(qiáng)度增大，表明低分子量的PEG更能提高PLA的結(jié)晶能力。原因可能在于，低分子量的PEG分子鏈段較短，遷移能力比較好，能夠有效地作為增塑劑提高PLA鏈段的運(yùn)動(dòng)能力，從而加快PLA的結(jié)晶速率。2.3 DSC分析

圖3是PLA基復(fù)合材料的DSC結(jié)晶曲線。從圖中可以看出，純PLA的結(jié)晶曲線幾乎為一條直線，在降溫過程中未出現(xiàn)結(jié)晶放熱峰，表明純PLA在此過程未結(jié)晶。原因在于PLA本身結(jié)晶能力較差，主鏈上的甲基手性碳結(jié)構(gòu)阻礙了分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致PLA分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力較差，在冷卻的過程中分子鏈來不及從無序到有序發(fā)生變化，從而結(jié)晶速率緩慢。而PLA/GNPs及PLA/GNPs/PEG復(fù)合材料在降溫過程中都出現(xiàn)了大小不同的結(jié)晶峰，表明GNPs和PEG都能夠促進(jìn)PLA的結(jié)晶。表1為PLA基復(fù)合材料的DSC相關(guān)特性參數(shù)，其中給出了結(jié)晶溫度（Tc）、熔融溫度（Tm）、結(jié)晶焓值（ΔHc）、熔融焓值（ΔHm）和結(jié)晶度（Xc）。結(jié)合圖3和表1可以看出，PLA/GNPs復(fù)合材料在110.16℃有一個(gè)放熱結(jié)晶峰，而引入PEG后，復(fù)合材料的結(jié)晶峰明顯右移，向著高溫方向移動(dòng)，Tc上升，ΔHc增大。表明PEG能有效地協(xié)同GNPs增強(qiáng)PLA的結(jié)晶能力，降低了PLA的過冷度，使得PLA在較高溫度下就能夠結(jié)晶。這是因?yàn)镚NPs充當(dāng)了成核劑，提供了異相成核點(diǎn)，降低了成核壁壘，使得PLA的結(jié)晶更加容易；另一方面，PEG作為增塑劑，提高了PLA分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力，晶體的生長速率加快，結(jié)晶更為完善。而在PLA/GNPs/PEG復(fù)合材料中，隨著PEG分子量的減小，復(fù)合材料的結(jié)晶峰向高溫方向移動(dòng)，表明不同分子量的PEG都可以協(xié)同GNPs對(duì)PLA的結(jié)晶起到促進(jìn)作用，且低分子量的PEG對(duì)PLA的結(jié)晶能力促進(jìn)效果更顯著。

【參考文獻(xiàn)】：
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