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聚碳酸酯/聚乳酸共混材料的结构与性能研究

作　者: 单铮铮
导　师: 杲云
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚碳酸酯聚乳酸共混相容剂
分类号: TQ322.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文应用双螺杆挤出机,对聚碳酸酯(PC)和聚乳酸(PLA)进行共混改性,熔融挤出制备PC/PLA共混物,经切粒、干燥、注塑等过程,制成标准样条。通过力学性能、差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统的研究了相容剂种类及用量对共混体系力学性能、形态结构的影响,选出增容效果较好的相容剂,并寻找出相容剂在PC/PLA共混体系中,改善两者相容性的原理。最后自制相容剂MA-GMA,通过凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)等测试手段进行表征,最后经过挤出、注塑等制成标准样条,通过力学性能和微观结构分析,测试相容剂MA-GMA的增容效果。研究结果表明：聚碳酸酯和聚乳酸的共混体系(PC/PLA)的相容性较差,共混后两相之间有一定程度的相分离,且各个力学性能均有明显的降低。需要加入相容剂进行增容,以提高共混物的机械性能。相容剂EMG对PC/PLA (85/15)共混体系的增容效果比较明显,断裂伸长率、缺口冲击强度等力学性能均有明显的提高,SEM照片显示,共混物基本没有分相,是一种比较理想的相容剂。SMA、EMA、LMA等马来酸酐系列增容剂,有一定的增容作用,断裂伸长率有所增加,但缺口冲击强度不足,且SEM照片显示,共混物仍有较明显的分相,因此文中不考虑将此类物质作为增容剂进行深入研究。钛酸正丁酯起到了酯交换催化剂的作用,加入钛酸正丁酯后共混物的力学性能有所提高,但提高并不明显,而且共混物的颜色变为深黄色,影响其外观,因此也不列入理想相容剂的考虑范围。乙酸铈作为一种酯交换催化剂,引起了聚乳酸或者聚碳酸酯的降解,降解作用大于酯交换作用,因此也不适宜做PC/PLA共混体系的增容剂。最终,本文选定EMG作为效果良好的增容剂进行深入探索。质量比为70/30的PC/PLA共混体系,加入相容剂EMG以后,PLA的玻璃化温度有所提高,表明EMG能进一步提高PC/PLA共混体系的相容性；SEM图显示,相容剂EMG的加入,促使共混体系中PLA分散相的相微粒细化,且均匀分布在PC基体中,表明相容剂EMG对PC/PLA共混体系有较好的增容效果；随着相容剂EMG用量的增加,PC/PLA(70/30)共混体系的力学性能有较大幅度提高,并在其用量为9%(质量分数)时,断裂伸长率和缺口冲击强度达到最大值,拉伸强度也达到较大值。相容剂EMG对任意比例的PC/PLA共混体系都是有增容效果的,能更好的增加两相的界面粘结程度,提高共混物的力学性能；对不同比例的PC/PLA共混体系,起到最佳增容效果的相容剂比例是不同的,如质量比为70/30的PC/PLA共混体系,起到最佳增容效果的相容剂比例是9%(质量分数)。聚乳酸在共混物中的比例不宜超过40%,超过此比例后,机械性能大幅度下降,没有实用价值。通过自由基聚合,自制相容剂MA-GMA,数均摩尔质量Mn=87105g/mol,分散度D=1.91,产物收率为72%,聚合物中甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为25%。加入质量比为70/30的PC/PLA共混体系中,力学性能比未加相容剂的有较大幅度的提高,对低温冲击断面进行观察,共混物已无明显的分相。可以说明,自制相容剂MA-GMA对PC/PLA共混体系有显著地增容效果。但力学性能与纯PC和加入最佳比例EMG的PC/PLA相比,仍有较大差距。因此要想获得机械性能优异的PC/PLA共混物,可以加入适当的增韧剂,如聚乙烯类。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
引言  12-13
第1章文献综述  13-24
  1.1 聚碳酸酯  13-20
    1.1.1 聚碳酸酯的历史  13
    1.1.2 双酚A型聚碳酸酯的合成方法  13-14
    1.1.3 聚碳酸酯的特点  14-15
    1.1.4 聚碳酸酯的应用  15-16
    1.1.5 共混改性  16-17
    1.1.6 聚碳酸酯的改性  17
    1.1.7 总结聚碳酸酯与其他材料共混时所用的相容剂  17-20
  1.2 聚乳酸  20-21
    1.2.1 聚乳酸的制备方法  20
    1.2.2 聚乳酸的降解  20-21
    1.2.3 聚乳酸基体的改性  21
  1.3 聚碳酸酯/聚乳酸共混  21-23
    1.3.1 PC/PLA共混中存在的问题  21-22
    1.3.2 PC/PLA合金的研究进展  22-23
  1.4 本课题的研究内容  23-24
第2章实验部分  24-28
  2.1 原料和试剂  24
  2.2 实验仪器及设备  24-25
  2.3 实验原料的预处理  25
  2.4 LMA的合成及精制  25
  2.5 MA-GMA的合成及精制  25-26
  2.6 LMA的标定  26
  2.7 凝胶渗透色谱(GPC)分析  26
  2.8 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析  26
  2.9 核磁共振(1H-NMR)  26
  2.10 挤出及注塑  26-27
  2.11 力学性能测试  27
  2.12 差示扫描量热法(DSC)表征  27
  2.13 扫描电子显微镜(SEM)观察  27-28
第3章结果与讨论  28-58
  3.1 无相容剂情况下不同比例PC/PLA共混体系性能的研究  28-33
    3.1.1 聚碳酸酯与聚乳酸的配比  28
    3.1.2 加工过程描述  28-29
    3.1.3 力学性能  29-31
    3.1.4 DSC分析  31-32
    3.1.5 形态结构分析  32-33
    3.1.6 总结  33
  3.2 不同相容剂对PC/PLA共混体系性能的影响  33-41
    3.2.1 PC、PLA及相容剂的配比  35
    3.2.2 加工过程描述  35-36
    3.2.3 力学性能  36-38
    3.2.4 DSC分析  38-40
    3.2.5 形态结构分析  40-41
    3.2.6 总结  41
  3.3 不同比例EMG对PC/PLA共混体系性能的影响  41-47
    3.3.1 聚碳酸酯与聚乳酸的配比  42
    3.3.2 加工过程描述  42-43
    3.3.3 力学性能  43-45
    3.3.4 DSC分析  45-46
    3.3.5 共混物的形态结构分析  46
    3.3.6 总结  46-47
  3.4 添加相同EMG的不同比例PC/PLA共混体系的性能研究  47-50
    3.4.1 聚碳酸酯与聚乳酸的配比  47
    3.4.2 加工过程描述  47-48
    3.4.3 力学性能  48-49
    3.4.4 共混物的形态结构分析  49-50
    3.4.5 总结  50
  3.5 自制相容剂对PC/PLA共混体系影响的研究  50-58
    3.5.1 凝胶渗透色谱分析  51-52
    3.5.2 傅里叶红外光谱分析  52-53
    3.5.3 核磁共振分析  53-54
    3.5.4 聚碳酸酯与聚乳酸的配比  54
    3.5.5 加工过程描述  54
    3.5.6 力学性能  54-55
    3.5.7 DSC分析  55-56
    3.5.8 共混物的形态结构分析  56-57
    3.5.9 总结  57-58
第4章结论与展望  58-60
  4.1 结论  58-59
  4.2 展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
发表或已接收的论文  65

聚碳酸酯/聚乳酸共混材料的结构与性能研究

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