增塑、成核及取向对聚乳酸结晶行为的影响

论文摘要

本论文在研究聚乳酸（PLA）结晶性能的基础上,采用熔融共混技术制备了增塑剂聚乙二醇（PEG）、滑石粉（talc）和PLA的共混物,研究了PEG对PLA生成无序α晶（α′晶）和有序α晶的影响,探讨了PEG和talc对PLA非等温结晶动力学的协同作用,为PLA在成型加工中控制制品的结晶形态和性能提供理论基础和实验方法。此外,通过注塑成型、挤出流延以及橡胶态拉伸制备了不同取向程度的PLA试样,并对退火条件下取向试样的结晶形态进行了系统研究,为预测和控制制品的形态以及性能提供理论指导。主要研究内容和结果如下：1.在85～155℃范围研究了含有2%右旋乳酸单元聚乳酸的结晶行为,发现在结晶温度Tc<110℃和Tc≥110℃时经过等温结晶分别生成了Q′晶和α晶；α′晶在高温退火时能够转变为α晶,转变速率与退火温度有关；在α′晶的熔融曲线上,结晶放热峰之前的吸热峰依赖于加热速率,α′-α相转变过程中存在部分熔融现象。2.探讨了PEG对PLA生成仅′晶和α晶的影响。在80～140℃温度范围等温结晶时,PLA的结晶度随PEG的加入而增大。WAXD结果表明,在PLA/PEG共混物中PLA易于生成α晶；当PEG含量为15%时,PLA生成α′晶和α晶的临界温度从110℃降低至80℃,玻璃化转变温度的降低是其下降的主要原因。3.研究了PLA/PEG/talc共混物的非等温结晶行为。结果表明,PEG和talc对增强PLA的结晶速率有协同作用,但两种添加剂对PLA球晶大小和密度有着相反的影响。采用Avrami、Ozawa和Mo三种动力学模型分析了非等温结晶数据,发现Avrami方法和Mo模型能够很好的描述所有试样的非等温结晶实验数据,但Ozawa方法未能恰当的描述含有talc共混物的非等温结晶。添加的talc降低了PLA分子链的运动能力,而PEG则增强了PLA分子链的运动能力。4.通过注塑成型以及挤出流延方法制备了较低取向程度的非晶PLA试样。研究了不同退火温度和时间得到流延薄膜试样的结晶形态,退火有利于得到取向结晶的PLA试样。退火试样的取向度依赖于牵引速率,牵引速率小于100cm/min时退火之后试样是各向同性的。退火增强了PLA试样的储能模量和耐热性能。5.通过橡胶态拉伸制备了较高取向程度的PLA试样。研究了取向与PLA形态和结晶行为的关系,试样的取向度与拉伸条件有关。当拉伸温度为60。C时,可以得到取向非晶的试样；当拉伸温度为70。C时,在拉伸后退火过程中可以得到结晶试样,且取向度增加；进一步提高拉伸退火温度,在拉伸过程中即可得到结晶试样,且结晶度明显增大,但取向度保持常数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚乳酸的合成、性能与应用
• 1.3 聚乳酸的结晶结构
• 1.3.1 α晶
• 1.3.2 β晶
• 1.3.3 γ晶
• 1.3.4 α'晶
• 1.3.5 α'-α转变
• 1.4 聚乳酸的成核与增塑
• 1.4.1 聚乳酸的成核
• 1.4.2 聚乳酸的增塑
• 1.5 聚乳酸的取向
• 1.5.1 PLA注塑成型
• 1.5.2 PLA挤出成型
• 1.5.3 PLA拉伸取向
• 1.6 论文研究内容
• 参考文献
• 2 聚乳酸多晶态及相转变
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 结构表征与性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PLA的结晶峰时间
• 2.3.2 PLA的多重熔融行为
• 2.3.3 PLA的结晶结构及相转变
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3 聚乙二醇对聚乳酸结晶形态的影响
• 3.1 引言
• 3.2 聚乳酸/聚乙二醇共混物的制备与表征
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 结构表征与性能测试
• 3.3 PLA/PEG共混物的热性能
• c与PLAPEG共混物熔融行为的关系'>3.4 T_c与PLAPEG共混物熔融行为的关系
• c的WAXD图'>3.5 PLA/PEG共混物在不同T_c的WAXD图
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4 聚乙二醇和滑石粉对聚乳酸结晶行为的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料
• 4.2.2 试样制备
• 4.2.3 结构表征与性能测试
• 4.3 聚乙二醇和滑石粉对PLA结晶行为的协同影响
• 4.3.1 非等温结晶行为
• 4.3.2 非等温结晶动力学——Avrami方程
• 4.3.3 非等温结晶动力学——Ozawa方法
• 4.3.4 非等温结晶动力学——Mo方法
• 4.3.5 非等温结晶过程的激活能
• 4.3.6 非等温结晶球晶形态
• 4.3.7 等温结晶过程中球晶生长速率
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 5 退火对熔融态剪切（或拉伸）取向聚乳酸结晶形态的影响
• 5.1 引言
• 5.2 PLA试样的制备与表征
• 5.2.1 主要原料
• 5.2.2 试样制备
• 5.2.3 结构表征与性能测试
• 5.3 退火对PLA流延薄膜结晶形态的影响
• 5.3.1 PLA流延薄膜的热性能
• 5.3.2 退火对PLA薄膜结晶形态的影响
• 5.4 退火对注塑成型PLA试样热性能的影响
• 5.4.1 注塑成型PLA试样的热性能
• 5.4.2 WAXD分析
• 5.4.3 PLA的动态机械性能
• 5.4.4 PLA的热变形温度
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 6 退火对橡胶态拉伸取向聚乳酸结晶形态的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 主要原料
• 6.2.2 试样制备
• 6.2.3 结构表征与性能测试
• 6.3 PLA的应力应变曲线
• 6.4 拉伸取向PLA试样的热性能
• 6.5 拉伸条件对PLA取向的影响
• 6.6 退火对取向PLA结晶形态的影响
• 6.6.1 拉伸温度条件下退火
• 6.6.2 高温原位等温退火
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 对今后工作的展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文和研究成果