聚乳酸成型加工性能的研究

论文摘要

近年来,生物降解高分子材料以其具有良好的降解性和生物相容性受到了广泛关注。本论文主要针对作为一种脂肪族聚酯-聚乳酸（PLA）在塑料应用中存在熔体强度低、热稳定性较差、缺乏韧性等问题,采用扩链、轻度交联、纳米复合及熔融共混等方法,对PLA进行改性,以期获得具有实用价值的PLA材料。本研究共包括三个体系,即PLA体系、PLA/聚丁二酸丁二醇酯（PBS）共混体系、PLA/接枝物/PBS共混体系,其中接枝物为自制的PLA-g-GMA（甲基丙烯酸缩水甘油脂）和PBS-g-GMA,作为PLA/PBS共混物的增容剂。通过对材料力学性能、加工流变性能、热性能的测试,并借助扫描电子显微镜（SEM）、动态力学分析（DMA）、差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）和红外光谱分析（FTIR）等手段,研究了各科改性助剂及增容剂含量对体系基本性能的影响及其与形态结构之间的关系。在PLA体系中,扩链剂亚磷酸三苯酯（TPP）与甲苯-2.4-二异氰酸酯（TDI）、交联剂过氧化二异丙苯（DCP）和有机蒙脱（OMMT）的加入,使PLA材料的力学性能、加工流变性能得到了改善,并且保持了较好的耐热性。研究表明,TPP和TDI的加入能够提高PLA的熔体粘度。TGA结果显示2phr的OMMT可以提高PLA的热分解温度,并且低含量的OMMT显著提高了PLA的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能,复合材料表现出强而韧的特性。在PLA/PBS共混体系中,DCP和OMMT的加入,使PLA/PBS共混物的力学性能、加工流变性能得到了改善,并且保持了较好的耐热性。研究表明,DCP的加入提高了PLA/PBS共混物的平衡转矩。熔体流动速率（MFR）测试表明,随着DCP含量的增加,PLA/PBS共混物熔体的MFR逐渐减小,熔体粘度得到提高。OMMT的加入能在拉伸强度降低不多的情况下,显著提高PLA/PBS共混物的断裂伸长率,断裂伸长率提高了约1500%,材料在拉伸过程中出现明显的细颈。早PLA/接枝物/PBS共混体系中,通过熔融接枝法制备了增容剂PLA-g-GMA和PBS-g-GMA,并借助FTIR和返滴定法证实了接枝反应的发生,及PLA-g-GMA和PBS-g-GMA的最大接枝率分别为2.53%和2.81%。将纯PLA、PLA/PBS、 PLA/PLA-g-GMA/PBS和PLA/PBS-g-GMA/PBS的性能进行比较,研究表明,PLA-g-GMA和PBS-g-GMA的加入能够改善PLA和PBS的相容性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 生物降解高分子材料概述
• 1.1.1 开发生物降解高分子材料的意义
• 1.1.2 生物降解高分子材料的定义
• 1.1.3 生物降解高分子材料的分类
• 1.2 PLA概述
• 1.2.1 PLA简介
• 1.2.2 PLA的合成工艺
• 1.3 PLA改性概述
• 1.3.1 PLA的扩链改性
• 1.3.2 PLA的轻度交联改性
• 1.3.3 PLA/蒙脱土纳米复合体系
• 1.3.4 PLA共混体系
• 1.4 PBS概述及研究进展
• 1.4.1 PBS概述
• 1.4.2 PBS的改性
• 1.5 PLA/PBS共混体系的研究现状
• 1.6 反应性增容技术概述
• 1.6.1 反应型增容剂的种类
• 1.6.2 反应型增容剂的特点及在共混改性中的作用机理
• 1.7 本论文的研究内容
• 1.8 本论文的研究目的与意义
• 1.8.1 本论文的研究目的
• 1.8.2 本论文的研究意义
• 2 材料与方法
• 2. 原料及设备
• 2.1.1 主要原料
• 2.1.2 主要设备
• 2.2 试样制备
• 2.2.1 改性PLA材料的试样制备
• 2.2.2 改性PLA/PBS材料的试样制备
• 2.2.3 PLA/PLA-g-GMA/PBS和PLA/PBS-g-GMA/PBS共混物的试样制备
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 接枝性的分析
• 2.3.2 力学性能测试
• 2.3.3 加工流变性能测试
• 2.3.4 熔体流动速率（MFR）测试
• 2.3.5 动态力学性能（DMA）测试
• 2.3.6 差示扫描量热法（DSC）分析
• 2.3.7 热性能分析
• 2.3.8 形态表征
• 2.3.9 交联度的测定
• 3 结果与讨论
• 3.1 PLA体系
• 3.1.1 PLA的扩链改性
• 3.1.2 PLA的轻度交联改性
• 3.1.3 PLA/OMMT纳米复合材料
• 3.2 PLA/PBS共混体系
• 3.2.1 PLA/PBS二元共混物基体配比的选择
• 3.2.2 PLA/PBS二元共混物的轻度交联改性
• 3.2.3 PLA/PBS/OMMT纳米复合材料
• 3.3 PLA/接枝物/PBS共混体系
• 3.3.1 接枝物PLA-g-GMA及PBS-g-GMA
• 3.3.2 PLA、PLA/PBS及PLA/接枝物/PBS性能对比研究
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢