本文關鍵詞：界面增容對PLA結晶及強韌性的影響

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【摘要】：高分子材料廣泛應用于國民經(jīng)濟和日常生活的各個方面,大量的高分子材料,在給人們帶來生活便利的同時也給人類賴以生存的環(huán)境造成了不可忽視的負面影響。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的結晶速率緩慢、耐熱性差和韌性低等問題限制了其更為廣泛的應用,PLA替代傳統(tǒng)石油基塑料尚任重而道遠。因此,改善PLA的結晶性能、提高其韌性具有重要的理論指導及現(xiàn)實意義。關于PLA的結晶性能,蒙脫土(MMT)作為一種片層狀的無機納米粒子,可作為成核劑提高PLA的結晶性能,并且其片層結構還可賦予材料更好的耐熱、阻隔等性能,是應用非常廣泛的無機納米填料,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,還會因為引入不良界面而造成材料機械性能的下降。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題。關于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,其分子鏈含有環(huán)氧基團,與PLA的端羧基和端羥基存在反應活性,常被用來增韌改性PLA。但是,當EGMA含量較低時,對PLA的增韌效果不佳,而當EGMA含量較高時,雖然PLA的韌性有很大的提高,但也會造成PLA強度和模量的極大降低。因此,如何在獲得超韌PLA的同時,保持其優(yōu)異的強度和模量,仍是亟待解決的問題。針對上述的兩個問題,本文設計了兩個體系,一、采用多巴胺改性處理MMT制得OMMT,并通過熔融共混法制備了PLA/OMMT復合材料,研究復合材料的界面相容性,結晶性能和力學性能等;二、通過熔融共混法制備了PLA/EGMA/DCP復合材料,研究引發(fā)劑DCP對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性能及其增韌機理。具體的研究結果如下:經(jīng)過多巴胺改性處理,OMMT片層間距增大,且隨著聚合反應時多巴胺濃度的增加和聚合反應時間的延長,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層狀結構的第一衍射峰清晰可見,得知OMMT仍是片層結構。PLA/MMT復合材料相比于純PLA,成核密度增大,MMT起到了有效成核劑的作用。然而,PLA/OMMT復合材料中,PLA的成核密度繼續(xù)增大,球晶生長速度更快,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PLA的結晶。此外,PLA/OMMT復合材料的界面脫粘不明顯,部分粒子可完全浸沒在PLA基體中,說明OMMT與PLA相容性更好。PLA/OMMT復合材料的拉伸強度基本與PLA/MMT復合材料一樣,但斷裂伸長率明顯提高,相比于純PLA提高了2.9倍。PLA是具有高強度、高模量、低斷裂伸長率的脆性材料,添加5 wt%EGMA時,材料的斷裂伸長率由5%提高到10%,而繼續(xù)加入0.05~0.2 phr DCP后,通過反應性共混,PLA/EGMA的斷裂伸長率顯著提高,缺口沖擊強度也有相應的增大。更為重要的是,材料的拉伸強度、模量相比于純PLA并沒有降低。DCP的加入,在沒有造成PLA的降解或交聯(lián)的同時,促進了PLA與EGMA的界面發(fā)生了反應性增容,兩相界面的粘合性增強,分散相EGMA的粒徑顯著變小,且均勻分散于PLA基體中。拉伸過程中,強的界面粘結性阻止了界面脫粘,促進了EGMA彈性體粒子發(fā)生了內部空穴化,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變?yōu)轫g性斷裂,制備得到高強高韌的PLA基復合材料。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB324

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