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增强增韧聚乳酸研究

作　者: 张兴振
导　师: 吴智华
学　校: 四川大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚乳酸滑石粉硅藻土聚酯类增韧剂 PEG-2000 柠檬酸三丁酯玉米淀粉豌豆淀粉 “核-壳”结构增强增韧
分类号: TQ320
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文主要针对聚乳酸(PLA)作为通用塑料应用存在的问题(热稳定性较差，脆性严重，价格昂贵)，采用填料、增塑剂和增韧剂共混改性的方法，以期获得具有实用价值的增强增韧聚乳酸材料，为加速推广应用完全生物降解聚乳酸材料奠定基础。通过熔融共混、压制片材、冲切试样，测定试样力学性能和流变性能，研究填料种类(有机填料和无机填料)、填料处理工艺、增塑剂和增韧剂种类、共混工艺路线对复合材料性能的影响；借助扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析仪(TG)、示差扫描量热分析仪(DSC)研究填料种类、填料含量、增塑剂和增韧剂对复合材料体系界面结构、热稳定性、结晶性的影响；通过紫外光照射或碱性溶液加速老化试验，分析填料、增韧剂对PLA复合材料降解性能的影响。本论文实验结论如下：(1)未处理硅酸盐类填料与PLA有一定物理交联作用，能改善PLA力学性能，具有补强增韧的作用。不同的硅酸盐类填料因粒子本身特性、分散均匀度和粒径大小各异，与PLA的物理交联作用不同，其补强增韧的效果也不同。(2)硅酸盐填料经偶联剂处理后，在基体中的分散均匀程度及与基体的相互作用增强，填充体系力学性能得到改善。硅烷偶联剂KH560和KH550的效果优于钛酸酯偶联剂NDZ-101，其中环氧基硅烷偶联剂KH560效果最好。(3)增塑剂PEG-2000、柠檬酸三丁酯能大大提高PLA的拉伸断裂伸长率，但同时体系强度显著下降，并用无机填料也起不到协同增强增韧的作用。(4)聚酯类增韧剂与无机填料并用填充PLA有较好的协同增强增韧作用，其中聚酯A效果优于聚酯B。(5)有机填料(玉米淀粉和豌豆淀粉)填充PLA的效果不如无机填料体系。两种有机填料相比，含豌豆淀粉体系拉伸强度比含玉米淀粉体系高，但断裂伸长率则相反。(6)采用两次共混法制备了以滑石粉或硅藻土为核，聚酯A为壳的具有“核-壳”结构的PLA材料，与一次共混法制备的复合材料对比发现：一次共混法制备的PLA／聚酯A／滑石粉材料拉伸性能优于两次共混法制备的复合材料；而PLA／聚酯A／硅藻土体系则相反，两次共混法制备的PLA／聚酯A／硅藻土材料拉伸性能优于一次共混法制备的体系。(7)填料滑石粉对填充PLA体系的假塑性流变特性影响较小。硅藻土、白炭黑、增塑剂和增韧剂均使PLA材料的粘度有所下降，其中增塑剂使材料粘度下降较大。(8)热失重实验显示：PLA为一阶失重，填料的加入对于PLA热稳定性的影响不大；增韧剂和增塑剂的加入使PLA热失重起始温度提前。DSC分析显示：填料有诱导结晶作用，填料填充PLA材料的Tg、结晶度均有提高；增塑剂会降低PLA材料Tg、结晶度；增韧剂聚酯A对材料的Tg、结晶度几乎无影响。(9)降解实验发现，在紫外光照条件下，填料能不同程度的减缓PLA材料的降解；填料与聚酯A并用体系的拉伸性能随着时间的增加有先提高后减少的现象。碱性水溶液水解实验发现，碱液加速了PLA材料的水解，并且随着碱性的提高，水解速率加快；在相同浓度下，填料直接填充PLA材料降解速率最快，其次是填料与聚酯A并用填充体系，降解速率最慢的是纯PLA。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-26
  1.1 聚合物增强增韧改性机理  8-14
    1.1.1 橡胶增韧改性剂增韧  8-9
    1.1.2 "核-壳"结构聚合物增强增韧  9-11
    1.1.3 刚性粒子增强增韧  11-14
    1.1.4 其它增强增韧改性方法  14
  1.2 PLA的结构性质及研究进展  14-24
    1.2.1 研究PLA的意义  14
    1.2.2 PLA的物理性质  14-15
    1.2.3 PLA的合成工艺  15
    1.2.4 PLA的降解性  15-17
    1.2.5 PLA产品生产现状  17-18
    1.2.6 PLA的应用及存在的问题  18
    1.2.7 PLA的增强增韧改性现状  18-24
  1.3 本论文研究宗旨及特点  24-26
第2章实验部分  26-32
  2.1 实验原料  26-27
  2.2 实验设备  27-28
  2.3 工艺路线  28
  2.4 试样制备  28
  2.5 性能测试  28-32
    2.5.1 力学性能测试  28
    2.5.2 熔体流变性能测试  28-29
    2.5.3 DSC分析  29-30
    2.5.4 扫描电镜观察  30
    2.5.5 热重分析  30
    2.5.6 生物降解测试  30-32
第3章增强增韧PLA力学性能和微观结构研究  32-55
  3.1 力学性能测试  32-50
    3.1.1 未处理无机填料填充PLA体系  32-34
    3.1.2 增塑剂及其与填料并用填充PLA体系  34-37
    3.1.3 增韧剂及其与填料并用填充PLA  37-41
    3.1.4 有机填料及其与无机填料并用填充PLA  41-43
    3.1.5 填料处理工艺对复合材料性能的影响  43-46
    3.1.6 加工工艺对复合材料性能的影响  46-50
  3.2 增强增韧PLA复合材料的微观结构分析  50-55
    3.2.1 未处理无机填料填充体系  50-51
    3.2.2 经偶联剂处理和未处理滑石粉填充体系  51
    3.2.3 聚酯A及其与滑石粉并用填充PLA复合材料的断面形态  51-52
    3.2.4 具有"核-壳"相态结构的复合材料的断面形态  52
    3.2.5 "核-壳"结构与"非核-壳"结构的对比图  52-55
第4章 PLA流变分析和热分析  55-64
  4.1 流变分析  55-58
    4.1.1 温度的影响  55-56
    4.1.2 填料种类及含量的影响  56-57
    4.1.3 增塑剂和增韧剂的影响  57-58
  4.2 热重分析  58-60
    4.2.1 填料种类及含量的影响  58-59
    4.2.2 增塑剂和增韧剂的影响  59-60
  4.3 DSC分析  60-64
    4.3.1 填料种类及含量的影响  60-62
    4.3.2 增塑剂和增韧剂的影响  62-64
第5章 PLA的降解性研究  64-70
  5.1 紫外灯照射实验  64-66
    5.1.1 数码相机照片  64-65
    5.1.2 试样拉伸性能随紫外光照的变化  65-66
  5.2 碱性降解实验  66-70
第6章主要结论  70-72
参考文献  72-78
硕士期间发表学术论文  78-79
致谢  79-80

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