近些年,作為一種新興的生物基高分子材料,聚乳酸(PLA)以其原材料可再生,制品廢棄后可降解,以及良好的加工性能和力學(xué)強(qiáng)度,受到非常廣泛的關(guān)注,被譽(yù)為最具發(fā)展前景的生物基高分子材料。然而,商業(yè)化聚乳酸本身也具有非常明顯的缺點(diǎn),比如結(jié)晶速率低、韌性差和不阻燃,極大限制了聚乳酸的應(yīng)用領(lǐng)域,使其不能在汽車(chē)、電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本論文工作,旨在對(duì)聚乳酸進(jìn)行高性能化研究,改善其韌性和耐熱性能,并在增韌改性的基礎(chǔ)上進(jìn)行阻燃改性,從而使聚乳酸材料能夠在更為廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。同時(shí),對(duì)多組分共混物相態(tài)結(jié)構(gòu)和界面作用進(jìn)行了詳細(xì)表征,深入研究增韌機(jī)理。本論文主要包括以下四個(gè)方面內(nèi)容:1.通過(guò)對(duì)聚乳酸反應(yīng)共混樣品在聚乳酸玻璃化溫度以上進(jìn)行熱退火處理,制備得到超韌聚乳酸材料。該材料由聚乳酸(PLA)和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(EGMA)以80/20的質(zhì)量比組成。除了優(yōu)異的拉伸韌性和沖擊強(qiáng)度,該材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能。熱退火過(guò)程,可以使得聚乳酸基體從非晶態(tài)向結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)化,研究發(fā)現(xiàn)結(jié)晶度與沖擊強(qiáng)度之間存在線性關(guān)系。本項(xiàng)工作從負(fù)壓效應(yīng)的觀點(diǎn)出發(fā),討論了反應(yīng)共混以及退火過(guò)程中可能存在的增韌機(jī)理。2.以等比例的生物質(zhì)高分子材料聚乳酸和尼龍11(PA11)為基體,添加少量乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(EGMA)增韌劑,構(gòu)建了PLA/PA11/EGMA三元超韌共混體系。采用強(qiáng)剪切加工工藝,在不同轉(zhuǎn)速下制備得到PLA/PA11/EGMA合金樣品。樣品的拉伸韌性和沖擊強(qiáng)度對(duì)加工轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出顯著的依賴(lài)性,在高轉(zhuǎn)速條件下(1000rpm),制備得到PLA/PA11/EGMA 40/40/20超韌共混材料。同時(shí),該超韌三元合金還表現(xiàn)出較高的熱變形溫度。通過(guò)熱分析觀察組分玻璃化溫度變化,以及透射電鏡分析不同組分的形態(tài),探究了其中的增韌機(jī)理。3.在乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(EGMA)反應(yīng)共混增韌聚乳酸的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步添加次磷酸鋁對(duì)樣品進(jìn)行阻燃改性,實(shí)現(xiàn)了韌性和阻燃性能之間的平衡。通過(guò)熱重測(cè)試(GTA)和微型燃燒測(cè)試(MCC),討論材料的熱穩(wěn)定性和燃燒性能。利用相差顯微鏡和掃描電鏡,仔細(xì)觀察了 AHP在PLA/EGMA 80/20基體中的分散,沖擊斷面和燃燒后的碳層殘留,用以綜合理解材料的力學(xué)性能和阻燃性能。4.聚乳酸與乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物彈性體反應(yīng)共混,可以提升拉伸性能和抗沖強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)之上,將少量PA11剛性有機(jī)粒子加入PLA/EGMA體系中,抗沖性能可以進(jìn)一步得到改善。通過(guò)差示掃描量熱(DSC)分析了不同組分的結(jié)晶度;采用流變學(xué)手段,研究了不同組分間的界面作用。最后,通過(guò)相差顯微鏡觀察PA11在體系中的分散形態(tài)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TQ317
【部分圖文】：

晶度和結(jié)晶形態(tài)。為了說(shuō)明退火對(duì)ＰＬＡ／ＥＧＭＡ８０／２０共混物機(jī)械性能的影響，采逡逑用廣角Ｘ射線衍射（ＷＡＸＤ）技術(shù)對(duì)聚乳酸基體的晶體形態(tài)、結(jié)晶度作了表征。逡逑圖２中分別展示了在７０邋°Ｃ、８０邋°Ｃ退火不同時(shí)間樣品的一維ＷＡＸＤ測(cè)試結(jié)果。逡逑未經(jīng)退火的ＰＬＡ／ＥＧＭＡ樣品，在ＷＡＸＤ圖像上沒(méi)有衍射峰，說(shuō)明基體聚乳酸保逡逑持非晶的狀態(tài)。這是因?yàn)椋廴樗峤Y(jié)晶速率慢，而熱壓成型過(guò)程中熔體淬冷到室逡逑溫是一個(gè)快速冷卻的過(guò)程，聚乳酸來(lái)不及結(jié)晶。值得指出的是，ＥＧＭＡ屬于低結(jié)逡逑晶性材料，不會(huì)在ＷＡＸＤ圖像上出現(xiàn)明顯的衍射峰。如圖２ａ所示，當(dāng)樣品在７０逡逑°Ｃ退火８ｈ之后，在２確為１６．３°出現(xiàn)了一個(gè)小的衍射峰。當(dāng)退火時(shí)間延長(zhǎng)至１２逡逑ｈ，２確為１６．３°和１８．６°處都出現(xiàn)了明顯的衍射峰。退火時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)至２４邋ｈ，逡逑衍射峰的強(qiáng)度增加更加顯著。衍射峰強(qiáng)度的增加，表明ＰＬＡ／ＥＧＭＡ８０／２０共混樣逡逑品中結(jié)晶度的提升。這是因?yàn)檠娱L(zhǎng)退火時(shí)間

圖７進(jìn)一步展示了邋ＰＬＡ／ｘＡＨＰ樣品在ＭＣＣ測(cè)試結(jié)果中峰值熱釋放速率逡逑（ＰＨＲＲ）、總的放熱量（ＴＨＲ）以及峰值熱釋放速率所對(duì)應(yīng)的溫度隨ＡＨＰ含量逡逑增加的變化趨勢(shì)。如圖７ａ所示，隨著ＡＨＰ含量的增加，ＰＬＡ和ＥＧＭＡ組分的逡逑ＰＨＲＲ都逐漸降低，ＴＨＲ也隨之降低，這表明ＡＨＰ具有較好的阻燃效果。圖７ｃ逡逑中，聚乳酸和ＥＧＭＡ組分ＰＨＲＲ對(duì)應(yīng)的溫度隨著ＡＨＰ含量的增加，都沒(méi)有顯著逡逑變化。添加ＡＨＰ之后，在較低溫度處會(huì)出現(xiàn)熱釋放速率峰，說(shuō)明ＡＨＰ比ＰＬＡ逡逑和ＥＧＭＡ組分更容易分解。ＭＣＣ測(cè)試結(jié)果表明，體系中除了邋ＡＨＰ組分發(fā)揮了逡逑阻燃作用，ＥＧＭＡ組分也有助于降低聚乳酸的燃燒危害。逡逑８６逡逑

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本文編號(hào)：2829184