超韌PLA共混體系的相形態(tài)、界面相容性及性能研究.pdf

1、聚乳酸（PLA）具有優(yōu)異的可生物降解性、生物相容性、高的機械強度和易加工性能，被認為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ纳锊牧?。但是，聚乳酸的缺口沖擊強度只有2.7kJ·m-2，斷裂伸長率約為3.5％，其自身的脆性大、耐熱溫度低和結(jié)晶速率慢等缺點嚴重制約著PLA材料在塑料領域的發(fā)展與應用。因此，發(fā)展超韌性聚乳酸材料具有重要的理論和應用價值。
　　本文分別以“核殼結(jié)構(gòu)共聚物”、“改性天然橡膠”、“生物彈性體”為增韌劑，通過反應性熔融共混，制備了超

2、韌聚乳酸共混物。系統(tǒng)研究了不同增韌劑對聚乳酸共混物機械性能的影響規(guī)律。通過傅里葉紅外光譜（FT-IR）、熱分析、掃描電子顯微鏡（SEM）等測試方法分別研究了不同增韌劑對PLA共混體系的界面相容性和相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，進一步探索超韌PLA共混物的增韌機理。主要的研究結(jié)論如下：
　　（1）以聚丁二烯（PB）為種子乳液，苯乙烯（St）和甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）為接枝單體，采用乳液聚合制備得到聚丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯（

3、PB-g-St-GMA）核殼共聚物，F(xiàn)T-IR和透射電鏡（TEM）測試結(jié)果表明合成得到目標產(chǎn)物且共聚物的形貌為紡錘型核殼結(jié)構(gòu)。研究了反應時間、引發(fā)劑濃度和乳化劑濃度對聚合產(chǎn)率及產(chǎn)物粒徑的影響，結(jié)果表明：當引發(fā)劑濃度為0.5wt%、乳化劑濃度為0.5wt%、反應時間為4h時，聚合物產(chǎn)率可達到93.5%。
　?。?）研究了 PB-g-St-GMA和聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）核殼共聚物對PLA共混物的力學性能和結(jié)晶行為的影響。結(jié)

4、果表明：當PB-St-GMA含量為10wt%時，斷裂伸長率達到10.1%，比純PLA提高了約2倍。少量ABS明顯改善PLA共混物的延展性。當ABS含量為6wt%時，PLA共混物的斷裂伸長率達到118%，比純PLA提高了約23倍，沖擊強度提高約1倍。FT-IR和動態(tài)機械分析（DMA）測試結(jié)果表明PLA基體的酯基和ABS殼層PSAN的腈基之間產(chǎn)生了極性相互作用，改善了PLA與ABS之間相容性，且少量的ABS作為異相成核劑提高了PLA相的結(jié)晶

5、速率。
　　（3）采用自由基聚合，以 GMA為改性單體，通過與天然橡膠（NR）的反應熔融共混制備得到了改性天然橡膠（NR-g-GMA），并將 NR-g-GMA與 PLA進行反應熔融共混制備了超韌聚乳酸熱塑性彈性體。結(jié)果表明，當 NR-g-GMA含量為20wt%時，超韌聚乳酸彈性體的缺口沖擊強度和斷裂伸長率高達73.4kJ·m-2和158.8%，比純PLA提高了26倍和44倍。FT-IR測試結(jié)果表明NR-g-GMA與PLA基體之間發(fā)

6、生的環(huán)氧化反應增加了PLA與改性天然橡膠之間的界面粘結(jié)力。超韌聚乳酸熱塑性彈性體的沖擊斷面形態(tài)結(jié)果表明PLA和NR-g-GMA的界面作用很強，且發(fā)生大的屈服變形，因而可以大幅度增加PLA的沖擊韌性。
　　（4）采用生物彈性體聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯（E-AE-GMA）和 PLA的反應性熔融共混制備了超韌 PLA三元共混物。當E-AE-GMA含量為15wt%時，超韌PLA三元共混物

7、的缺口沖擊強度和斷裂伸長率分別高達61.9kJ·m-2和265.9%，是純PLA的22倍和78倍。采用SEM、DMA、FT-IR等測試手段對超韌PLA三元共混物的相形態(tài)進行分析，結(jié)果表明 E-AE-GMA的加入有效地改善了 PLA/PBAT共混體系的界面粘結(jié)力和相容性。E-AE-GMA在 PLA/PBAT/E-AE-GMA三元共混體系中兼具反應性增容劑和增韌劑的雙重作用。PLA共混物的SEM結(jié)果表明：PLA基體、E-AE-GMA和PBA