聚乳酸-蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚乳酸在生物可降解高分子材料中剛性較大,但是由于其他力學(xué)性能、結(jié)晶能力以及耐熱性均較差,極大地限制了其應(yīng)用的范圍。本實驗?zāi)康氖侵苽渚廴樗?蒙脫土納米復(fù)合材料,并通過改善加工工藝和增加界面相容性等方法來提高聚乳酸材料的性能。實驗主要包括以下三部分內(nèi)容:
　　 (1)母料法制備剝離型聚乳酸/有機化改性蒙脫土(PLA/OMMT)納米復(fù)合材料。
　　 為了改善蒙脫土片層在聚乳酸中的分散狀況和剝離,使用聚乳酸和10％OMMT來制備

2、高濃度蒙脫土母料,然后用此母料與聚乳酸共混來制備不同OMMT含量的PLA/OMMT復(fù)合材料。熔體流動速率隨著OMMT含量的增加緩慢上升。當(dāng)OMMT的含量為2wt%時,材料的力學(xué)性能最好:拉伸強度達到最大值;斷裂伸長率是純聚乳酸的1.8倍:通過差示掃描量熱法(DSC)計算得知,復(fù)合材料中聚乳酸的結(jié)晶度由7.34%增加到13.81%,說明OMMT在PLA基質(zhì)中起到了異相成核的作用。使用X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)來表征微觀

3、結(jié)構(gòu)和形態(tài),分析結(jié)果是OMMT微觀片層得到了大部分的剝離。證明采用母料法使得OMMT在雙螺桿擠出機中兩次混合,借助擠出機強大的剪切力和母料法優(yōu)異的混合效果實現(xiàn)OMMT微觀片層較好的剝離。
　　 (2)聚乳酸接枝馬來酸酐(PLA-g-MAH)對PLA/OMMT復(fù)合材料的界面增強作用的研究。
　　 為了改善PLA和OMMT的界面相容性,本實驗分為三個步驟:(1)反應(yīng)擠出法制備PLA-g-MAH,將接枝產(chǎn)物進行精細(xì)提純;(2)

4、通過紅外光譜和化學(xué)滴定法確定接枝率和接枝最佳配比;(3)接枝產(chǎn)物PLA-g-MAH按不同比例與聚乳酸和改性蒙脫土共混擠出,進行各項性能測試。實驗結(jié)果表明:反應(yīng)擠出接枝是有效的接枝手段(接枝的最佳配比為PLA:MAH:DCP=100:2:0.5,接枝率為0.42%),但接枝產(chǎn)物的熔體流動速率呈線性增長,說明擠出機的剪切力、MAH的酸性和DCP的氧化性等因素對聚乳酸降解作用很大;PLA/PLA-g-MAH/OMMT復(fù)合材料的性能測試表明,接

5、枝產(chǎn)物含量為3wt%時,綜合力學(xué)性能提高,說明PLA-g-MAH起到了界面相容劑的作用,接枝產(chǎn)物含量為6wt%時,拉伸強度和彎曲強度有所下降,但斷裂伸長率由純聚乳酸的2.4%上升到16.6%,通過試條拉伸狀況的觀察發(fā)現(xiàn)由脆性斷裂(純聚乳酸)變?yōu)轫g性斷裂,說明接枝產(chǎn)物還起到了增韌作用。本實驗的創(chuàng)新點就是接枝物的界面增容和增韌雙重作用。
　　 (3)有機改性蒙脫土-馬來酸酐(OMMT-MAH)的合成及PLA/OMMT-MAH復(fù)合材料

6、的研究。
　　 為了解決馬來酸酐對聚乳酸的熔融降解作用,同時充分利用馬來酸酐的界面相容作用,讓改性蒙脫土與馬來酸酐在一定條件下發(fā)生單酯化反應(yīng),將酯化反應(yīng)后的蒙脫土制成復(fù)合材料。在反應(yīng)溫度100℃、氮氣保護、環(huán)己酮為溶劑的情況下,OMMT和馬來酸酐發(fā)生單酯化反應(yīng)。與純聚乳酸相比,OMMT-MAH含量為1wt%時,力學(xué)性能除了沖擊強度以外均有不同程度的提高;半壽溫度T1/2由349.2℃提高到復(fù)合材料的355.2℃,熱穩(wěn)定性有所提高