環(huán)境友好型材料增韌改性聚乳酸研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-10-24 16:48
生物基熱塑性聚乳酸（PLA）具有高強(qiáng)度、高模量和良好的生物降解性和生物相容性,有望取代部分傳統(tǒng)的石油基聚合物.然而, PLA固有的脆性、低熱變形溫度和相對(duì)較高的成本阻礙了其廣泛應(yīng)用.本文簡(jiǎn)述了聚合物的增韌機(jī)理,綜述了近年來采用可降解聚酯、生物基彈性體、天然高分子及其衍生物、納米材料以及目前市售抗沖改性劑等環(huán)境友好型材料增韌改性聚乳酸的研究進(jìn)展.提出了從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)制備出不以犧牲PLA強(qiáng)度為代價(jià),又能提高其韌性的環(huán)境友好型材料.該材料與聚乳酸既有較好的界面黏接強(qiáng)度,又能在復(fù)合材料發(fā)生沖擊斷裂時(shí)引發(fā)基體產(chǎn)生空穴-銀紋來吸收與轉(zhuǎn)移沖擊能.此外,在提高基體韌性的同時(shí)還應(yīng)考慮提高PLA的結(jié)晶速率及其結(jié)晶度,從而提高復(fù)合材料的熱變形溫度.
【文章來源】：中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)
【部分圖文】：
熔融共混過程中PLA、PBS和EGMA之間可能發(fā)生的原位反應(yīng)[16](網(wǎng)絡(luò)版彩圖)
Wu等[22]采用反應(yīng)熔融共混法將乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(EMA-GMA)彈性體及磷酸鋯(Zr P)加入到PLA基體中,用于提高其韌性,其中PLA/EMA-GMA/Zr P(82/15/3)納米共混物的沖擊強(qiáng)度為65.5 k J/m2,比純PLA高約22倍.EMA-GMA和Zr P的分子結(jié)構(gòu)如圖2所示.通過觀察樣品斷面的電子顯微鏡圖發(fā)現(xiàn),在納米共混物中可以看到典型的核-殼形態(tài),即Zr P被EMA-GMA相包裹,從而導(dǎo)致塑性變形.因此,PLA的超韌效應(yīng)主要通過良好的界面相容性及EMA-GMA與Zr P在PLA基質(zhì)中的協(xié)同作用而產(chǎn)生的大的剪切屈服形變得以實(shí)現(xiàn)的.Chen等[23]以PLA、聚甲基丙烯酸甲酯接枝天然橡膠(NR-PMMA)和天然橡膠(NR)為原料,采用過氧化物誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)硫化法,成功制備了具有平衡剛度和韌性的三元熱塑性硫化膠(TPVs),制備過程及增韌機(jī)理如圖3所示.當(dāng)NR和NR-PMMA的添加量各為10%時(shí),PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的拉伸強(qiáng)度為41.7 MPa(比純PLA降低了38%),沖擊強(qiáng)度高達(dá)91.30 k J/m2(約為純PLA的32倍),具有優(yōu)異PLA/橡膠界面黏結(jié)性能的軟質(zhì)NR核和硬質(zhì)NR-PMMA殼的柔韌性是PLA/NR-PMMA/NR三元TPV超韌性和高拉伸強(qiáng)度的主要原因.
Deng等[26]將乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物彈性體(EGMA)和PLA以20/80的比例熔融共混,經(jīng)測(cè)試缺口抗沖擊強(qiáng)度為35 k J/m2,斷裂生長(zhǎng)率為316%.將相同比例的共混物在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(56℃)以上(70或80℃)進(jìn)行退火處理后,材料的缺口沖擊強(qiáng)度顯著提高達(dá)到最高值92 k J/m2,約為純聚乳酸的52倍,雖然斷裂伸長(zhǎng)率稍有下降,但依然保持在120%以上.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,作者認(rèn)為沖擊強(qiáng)度的明顯提高可以用負(fù)壓效應(yīng)來解釋,這是由于淬火過程中EGMA和PLA組分的熱膨脹系數(shù)不匹配,以及由于冷結(jié)晶過程中PLA基質(zhì)的結(jié)晶導(dǎo)致體積進(jìn)一步收縮所致.另外,共混物經(jīng)過熱退火處理后,PLA基質(zhì)的結(jié)晶度增加,這種超韌的二元共混物顯示出更高的熱變形溫度.圖4 咪唑類溴丁基橡膠離聚物的結(jié)構(gòu)及其合成路線[25](網(wǎng)絡(luò)版彩圖)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]環(huán)境友好型增塑劑增韌聚乳酸的最新研究進(jìn)展[J]. 彭少賢,蔡小琳,胡歡,趙西坡. 材料導(dǎo)報(bào). 2019(15)
[2]兩種抗沖改性劑增韌聚乳酸體系力學(xué)性能研究[J]. 肖湘蓮. 塑料科技. 2014(08)
本文編號(hào)：3455624
【文章來源】：中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)
【部分圖文】：
熔融共混過程中PLA、PBS和EGMA之間可能發(fā)生的原位反應(yīng)[16](網(wǎng)絡(luò)版彩圖)
Wu等[22]采用反應(yīng)熔融共混法將乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(EMA-GMA)彈性體及磷酸鋯(Zr P)加入到PLA基體中,用于提高其韌性,其中PLA/EMA-GMA/Zr P(82/15/3)納米共混物的沖擊強(qiáng)度為65.5 k J/m2,比純PLA高約22倍.EMA-GMA和Zr P的分子結(jié)構(gòu)如圖2所示.通過觀察樣品斷面的電子顯微鏡圖發(fā)現(xiàn),在納米共混物中可以看到典型的核-殼形態(tài),即Zr P被EMA-GMA相包裹,從而導(dǎo)致塑性變形.因此,PLA的超韌效應(yīng)主要通過良好的界面相容性及EMA-GMA與Zr P在PLA基質(zhì)中的協(xié)同作用而產(chǎn)生的大的剪切屈服形變得以實(shí)現(xiàn)的.Chen等[23]以PLA、聚甲基丙烯酸甲酯接枝天然橡膠(NR-PMMA)和天然橡膠(NR)為原料,采用過氧化物誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)硫化法,成功制備了具有平衡剛度和韌性的三元熱塑性硫化膠(TPVs),制備過程及增韌機(jī)理如圖3所示.當(dāng)NR和NR-PMMA的添加量各為10%時(shí),PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的拉伸強(qiáng)度為41.7 MPa(比純PLA降低了38%),沖擊強(qiáng)度高達(dá)91.30 k J/m2(約為純PLA的32倍),具有優(yōu)異PLA/橡膠界面黏結(jié)性能的軟質(zhì)NR核和硬質(zhì)NR-PMMA殼的柔韌性是PLA/NR-PMMA/NR三元TPV超韌性和高拉伸強(qiáng)度的主要原因.
Deng等[26]將乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物彈性體(EGMA)和PLA以20/80的比例熔融共混,經(jīng)測(cè)試缺口抗沖擊強(qiáng)度為35 k J/m2,斷裂生長(zhǎng)率為316%.將相同比例的共混物在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(56℃)以上(70或80℃)進(jìn)行退火處理后,材料的缺口沖擊強(qiáng)度顯著提高達(dá)到最高值92 k J/m2,約為純聚乳酸的52倍,雖然斷裂伸長(zhǎng)率稍有下降,但依然保持在120%以上.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,作者認(rèn)為沖擊強(qiáng)度的明顯提高可以用負(fù)壓效應(yīng)來解釋,這是由于淬火過程中EGMA和PLA組分的熱膨脹系數(shù)不匹配,以及由于冷結(jié)晶過程中PLA基質(zhì)的結(jié)晶導(dǎo)致體積進(jìn)一步收縮所致.另外,共混物經(jīng)過熱退火處理后,PLA基質(zhì)的結(jié)晶度增加,這種超韌的二元共混物顯示出更高的熱變形溫度.圖4 咪唑類溴丁基橡膠離聚物的結(jié)構(gòu)及其合成路線[25](網(wǎng)絡(luò)版彩圖)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]環(huán)境友好型增塑劑增韌聚乳酸的最新研究進(jìn)展[J]. 彭少賢,蔡小琳,胡歡,趙西坡. 材料導(dǎo)報(bào). 2019(15)
[2]兩種抗沖改性劑增韌聚乳酸體系力學(xué)性能研究[J]. 肖湘蓮. 塑料科技. 2014(08)
本文編號(hào)：3455624
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