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(jī)械強(qiáng)度和易加工性能，被認(rèn)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(qiáng)度只有2.7kJ·m-2，斷裂伸長(zhǎng)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(diǎn)嚴(yán)重制約著PLA材料在塑料領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。因此，發(fā)展超韌性聚乳酸材料具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)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(yīng)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(duì)聚乳酸共混物機(jī)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(cè)試方法分別研究了不同增韌劑對(duì)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(jìn)一步探索超韌PLA共混物的增韌機(jī)理。主要的研究結(jié)論如下：
　?。?）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(cè)試結(jié)果表明合成得到目標(biāo)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(yīng)時(shí)間、引發(fā)劑濃度和乳化劑濃度對(duì)聚合產(chǎn)率及產(chǎn)物粒徑的影響，結(jié)果表明：當(dāng)引發(fā)劑濃度為0.5wt%、乳化劑濃度為0.5wt%、反應(yīng)時(shí)間為4h時(shí)，聚合物產(chǎn)率可達(dá)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(duì)PLA共混物的力學(xué)性能和結(jié)晶行為的影響。結(jié)

4、果表明：當(dāng)PB-St-GMA含量為10wt%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)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(dāng)ABS含量為6wt%時(shí)，PLA共混物的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到118%，比純PLA提高了約23倍，沖擊強(qiáng)度提高約1倍。FT-IR和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析（DMA）測(cè)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。
　?。?）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(yīng)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(jìn)行反應(yīng)熔融共混制備了超韌聚乳酸熱塑性彈性體。結(jié)果表明，當(dāng) NR-g-GMA含量為20wt%時(shí)，超韌聚乳酸彈性體的缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)73.4kJ·m-2和158.8%，比純PLA提高了26倍和44倍。FT-IR測(cè)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(yīng)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(qiáng)，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。
　?。?）采用生物彈性體聚己二酸對(duì)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(yīng)性熔融共混制備了超韌 PLA三元共混物。當(dāng)E-AE-GMA含量為15wt%時(shí)，超韌PLA三元共混物

7、的缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別高達(dá)61.9kJ·m-2和265.9%，是純PLA的22倍和78倍。采用SEM、DMA、FT-IR等測(cè)試手段對(duì)超韌PLA三元共混物的相形態(tài)進(jìn)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(yīng)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