本文關(guān)鍵詞：界面增容對(duì)PLA結(jié)晶及強(qiáng)韌性的影響

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【摘要】：高分子材料廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活的各個(gè)方面,大量的高分子材料,在給人們帶來(lái)生活便利的同時(shí)也給人類(lèi)賴以生存的環(huán)境造成了不可忽視的負(fù)面影響。PLA以生物基為原料,是目前研究最多、最具發(fā)展?jié)摿Φ目缮锝到獠牧现�。然�?PLA的結(jié)晶速率緩慢、耐熱性差和韌性低等問(wèn)題限制了其更為廣泛的應(yīng)用,PLA替代傳統(tǒng)石油基塑料尚任重而道遠(yuǎn)。因此,改善PLA的結(jié)晶性能、提高其韌性具有重要的理論指導(dǎo)及現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于PLA的結(jié)晶性能,蒙脫土(MMT)作為一種片層狀的無(wú)機(jī)納米粒子,可作為成核劑提高PLA的結(jié)晶性能,并且其片層結(jié)構(gòu)還可賦予材料更好的耐熱、阻隔等性能,是應(yīng)用非常廣泛的無(wú)機(jī)納米填料,但是,由于天然MMT為親水性,與PLA之間的界面相互作用差,其成核作用并不能很好的發(fā)揮,還會(huì)因?yàn)橐氩涣冀缑娑斐刹牧蠙C(jī)械性能的下降。因此,提高兩者之間的相互作用,優(yōu)化MMT在PLA基體中的分散,最大化MMT的成核作用仍是需要解決的問(wèn)題。關(guān)于PLA的韌性,彈性體甲基丙烯酸縮水甘油酯(EGMA)具有很好的韌性,同時(shí),其分子鏈含有環(huán)氧基團(tuán),與PLA的端羧基和端羥基存在反應(yīng)活性,常被用來(lái)增韌改性PLA。但是,當(dāng)EGMA含量較低時(shí),對(duì)PLA的增韌效果不佳,而當(dāng)EGMA含量較高時(shí),雖然PLA的韌性有很大的提高,但也會(huì)造成PLA強(qiáng)度和模量的極大降低。因此,如何在獲得超韌PLA的同時(shí),保持其優(yōu)異的強(qiáng)度和模量,仍是亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)上述的兩個(gè)問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)體系,一、采用多巴胺改性處理MMT制得OMMT,并通過(guò)熔融共混法制備了PLA/OMMT復(fù)合材料,研究復(fù)合材料的界面相容性,結(jié)晶性能和力學(xué)性能等;二、通過(guò)熔融共混法制備了PLA/EGMA/DCP復(fù)合材料,研究引發(fā)劑DCP對(duì)PLA基體與彈性體EGMA的界面增容性的影響,并系統(tǒng)地研究了共混材料的力學(xué)性能及其增韌機(jī)理。具體的研究結(jié)果如下:經(jīng)過(guò)多巴胺改性處理,OMMT片層間距增大,且隨著聚合反應(yīng)時(shí)多巴胺濃度的增加和聚合反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),OMMT層間距不斷增大,聚合在OMMT片層上的PDOPA含量增加。由XRD中反映MMT層狀結(jié)構(gòu)的第一衍射峰清晰可見(jiàn),得知OMMT仍是片層結(jié)構(gòu)。PLA/MMT復(fù)合材料相比于純PLA,成核密度增大,MMT起到了有效成核劑的作用。然而,PLA/OMMT復(fù)合材料中,PLA的成核密度繼續(xù)增大,球晶生長(zhǎng)速度更快,球晶尺寸更小,OMMT較未改性MMT具有更優(yōu)異的異相成核作用,因此更有利于促進(jìn)PLA的結(jié)晶。此外,PLA/OMMT復(fù)合材料的界面脫粘不明顯,部分粒子可完全浸沒(méi)在PLA基體中,說(shuō)明OMMT與PLA相容性更好。PLA/OMMT復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度基本與PLA/MMT復(fù)合材料一樣,但斷裂伸長(zhǎng)率明顯提高,相比于純PLA提高了2.9倍。PLA是具有高強(qiáng)度、高模量、低斷裂伸長(zhǎng)率的脆性材料,添加5 wt%EGMA時(shí),材料的斷裂伸長(zhǎng)率由5%提高到10%,而繼續(xù)加入0.05~0.2 phr DCP后,通過(guò)反應(yīng)性共混,PLA/EGMA的斷裂伸長(zhǎng)率顯著提高,缺口沖擊強(qiáng)度也有相應(yīng)的增大。更為重要的是,材料的拉伸強(qiáng)度、模量相比于純PLA并沒(méi)有降低。DCP的加入,在沒(méi)有造成PLA的降解或交聯(lián)的同時(shí),促進(jìn)了PLA與EGMA的界面發(fā)生了反應(yīng)性增容,兩相界面的粘合性增強(qiáng),分散相EGMA的粒徑顯著變小,且均勻分散于PLA基體中。拉伸過(guò)程中,強(qiáng)的界面粘結(jié)性阻止了界面脫粘,促進(jìn)了EGMA彈性體粒子發(fā)生了內(nèi)部空穴化,有效地引發(fā)了基體大面積的剪切屈服形變,吸收了大量的能量,從而使材料由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂,制備得到高強(qiáng)高韌的PLA基復(fù)合材料。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB324

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