羟基丁酸-羟基戊酸共聚物反应性共混改性研究

论文摘要

本论文采用熔融共混的加工方法,制备了聚（β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯）/聚消旋乳酸（PHBV/PDLLA）共混物、聚（β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯）/聚消旋乳酸（PHBV/PDLLA）动态交联共混物、聚（β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯）/聚丁二酸丁二醇酯（PHBV/PBS/DCP）动态交联共混物以及聚（β-羟基丁酸酯-co-β-羟基戊酸酯）/二氧化硅（PHBV/SiO2）纳米复合材料。研究了共混物力学性能、相形态、流变行为、结晶行为和热性能等,研究了纳米复合材料的微观形貌、结晶动力学和热分解性能等。PDLLA是一种不依赖石油的完全生物降解塑料。PDLLA能够改善PHBV的力学性能,提高其拉伸强度、弯曲强度/模量、断裂伸长率和冲击强度等。随着PDLLA含量的增加,PHBV/PDLLA共混物由海-岛结构逐渐转变为双连续相结构。PDLLA能够显著抑制PHBV高温下的热降解,改善其热稳定性,拓宽加工窗口。PDLLA对PHBV结晶具有异相成核作用,但是使其球晶生长速率降低,结晶度降低。采用过氧化二异丙苯（DCP）对PHBV/PDLLA动态交联,研究了不同交联剂用量对交联共混物性能的影响。HAAKE密炼机中共混物的扭矩和交联后共混物的凝胶含量都随交联剂用量增加而增加。力学测试结果表明不同PHBV/PDLLA配比下采用相同交联剂（0.5 phr）进行动态交联,PHBV/PDLLA动态交联后力学性能有明显改善。共混物流变实验表明,PHBV/PDLLA交联之后,储能模量、复数粘度均有所提高,并且在低频区出现凝胶现象。扫描电子显微镜（SEM）照片显示,动态交联明显减小了PDLLA在PHBV/PDLLA共混物中相畴,使相界面变得模糊,有利于提高相界面间相互作用。示差量热扫描（DSC）和广角X射线衍射（XRD）测试结果表明交联反应对PHBV结晶有较为明显的抑制作用,但偏光显微镜（POM）下观察到的PHBV球晶形貌则表明, PHBV/PDLLA共混物动态交联后其球晶形貌变得完整。PBS是一种半结晶完全生物降解塑料。PHBV与PBS共混后能改善PHBV的机械性能,但改善有限。采用过氧化二异丙苯（DCP）对PHBV/PBS（80/20）交联后,共混物机械性能得到明显改善。研究了不同DCP用量对动态交联共混材料各种性能的影响。应力-应变曲线表明,当DCP用量为0.5 phr时,PHBV/PBS共混物动态交联后断裂伸长率由交联前4-5%提高到400%以上,提高了80-100倍,同时没有牺牲材料的屈服强度,极大的改善了PHBV的脆性,拓宽了其应用范围。冲击断面的SEM照片分析原子力显微分析（AFM）得出,交联反应大大提高了PHBV和PBS两相之间的相互作用,使相畴模糊,改善了两者之间的工艺相容性。DSC、XRD分析表明,PHBV/PBS共混物交联之后能够促进聚合物结晶,提高初始结晶温度;通过POM观察到PHBV/PBS交联后在120oC下等温结晶时,PHBV球晶密度较动态交联前明显增加。PHBV/SiO2体系中,通过场发射扫面电子显微镜（FE-SEM）研究了PHBV/SiO2在PHBV基体中的分散情况,结果表明,PHBV/SiO2能够在PHBV基体中良好分散。结晶动力学研究表明,SiO2具有成核剂作用,从而促进PHBV球晶的形成,而对球晶的生长速率影响不大。热重分析（TGA）结果表明随着PHBV/SiO2纳米复合材料中SiO2含量的增加,PHBV热失重温度提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物降解塑料简介
• 1.2 PHBV 材料简介
• 1.2.1 PHBV 的合成
• 1.2.2 PHBV 的结构
• 1.2.3 PHBV 的性能与应用
• 1.3 PHB 及PHBV 改性研究进展
• 1.3.1 物理改性
• 1.3.2 化学改性
• 1.4 课题的内容、目的及意义
• 1.5 参考文献
• 第二章 PHBV/PDLLA 共混物性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 机械性能
• 2.3.2 结晶及熔融行为
• 2.3.3 微观形态
• 2.3.4 晶体形貌及生长过程
• 2.4 本章小结
• 2.5 参考文献
• 第三章PHBV/PDLLA/DCP 动态交联共混体系的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 动态交联行为
• 3.3.2 流变行为
• 3.3.3 机械性能
• 3.3.4 微观形貌
• 3.3.5 结晶与熔融过程
• 3.3.6 球晶形貌及球晶生长速率
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 PHBV/PBS/DCP 动态交联共混体系的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 动态交联
• 4.3.2 机械性能
• 4.3.3 微观形态
• 4.3.4 结晶和熔融行为
• 4.3.5 球晶形貌分析
• 4.4 本章小结
• 4.5 参考文献
• 2 共混体系结晶与热行为的研究'>第五章 PHBV/SiO₂共混体系结晶与热行为的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原材料
• 5.2.2 试样制备
• 5.2.3 性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 微观结构
• 5.3.2 非等温结晶和熔融行为
• 5.3.3 等温结晶动力学
• 5.3.4 晶体形貌与生长速率
• 5.3.5 热分解性能
• 5.4 本章小节
• 5.5 参考文献
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果