碳納米管改性聚乳酸及其共混物的研究.pdf

1、聚乳酸(PLLA)是一種可生物降解的環(huán)境友好材料，但其結(jié)晶性能差、脆性大，嚴(yán)重限制了PLLA的應(yīng)用。目前圍繞PLLA改性的研究中，解決PLLA結(jié)晶困難的問題仍然是眾多研究者所關(guān)注的重點(diǎn)之一。另一方面，在現(xiàn)有增韌PLLA的研究中，韌性提高的同時(shí)強(qiáng)度和模量有很大的降低，使得綜合性能的改善不甚理想。本文從改善結(jié)晶性能和提高韌性兩方面入手，采用改性過的多壁碳納米管(f-MWCNTs)來誘導(dǎo)PLLA結(jié)晶，力求改善PLLA結(jié)晶的同時(shí)，還能對(duì)PLLA

2、起到增強(qiáng)增韌的作用。在結(jié)晶方面，利用碳納米管極大的長徑比和比表面積特點(diǎn)，在PLLA冷卻或退火熱處理過程中起到異相成核的作用改善PLLA的結(jié)晶行為；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了低分子量聚合物聚乙二醇(PEG)為增塑劑促進(jìn)PLLA鏈段運(yùn)動(dòng)，碳納米管為成核劑增大PLLA成核密度，兩者在誘導(dǎo)PLLA結(jié)晶方面的協(xié)同效應(yīng)；圍繞PLLA脆性較低的缺陷，采用極性彈性體聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)為增韌劑，研究了增韌劑中醋酸乙烯酯單體(VA)含量的變化對(duì)共混物微

3、觀形態(tài)和基體結(jié)晶行為的影響，及其宏觀力學(xué)行為相關(guān)性；在此基礎(chǔ)上有選擇性地研究了碳納米管對(duì)不相容共混物PLLA/EVA的增強(qiáng)增韌作用。全文從微觀結(jié)構(gòu)入手，對(duì)改性PLLA的結(jié)構(gòu)和性能做了深入的研究，得到的主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)通過強(qiáng)酸酸化再接枝馬來酸酐的方法，成功地在碳納米管表面接枝上大量極性團(tuán)能團(tuán)，增強(qiáng)了碳納米管與PLLA之間的界面相互作用，成功制備了分散優(yōu)良的f-MWCNs改性PLLA納米復(fù)合材料。
　　 (2

4、)無論是在不同的降溫速度條件下，還是在不同的升溫速度條件下以及退火條件下，少量的f-MWCNTs都對(duì)PLLA具有很強(qiáng)的異相成核作用，能夠明顯促進(jìn)其冷結(jié)晶。納米復(fù)合材料相對(duì)純PLLA，結(jié)晶度增大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高。
　　 (3)f-MWCNTs與PEG對(duì)PLLA的結(jié)晶具有協(xié)同促進(jìn)作用。三元共混體系比二元共混體系結(jié)晶更容易，在相同結(jié)晶條件下得到的結(jié)晶度更大，晶體結(jié)構(gòu)更完善。并且，PLLA結(jié)晶行為與碳納米管含量有關(guān)：當(dāng)碳納米管含量＜

5、2 wt％時(shí)，碳納米管起到異相成核的作用，促進(jìn)PLLA的結(jié)晶，提高結(jié)晶溫度和結(jié)晶度；當(dāng)碳納米管含量≥2 wt％時(shí)，碳納米管在基體中形成物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙PLLA鏈段的運(yùn)動(dòng)，從而阻礙PLLA球晶的生長。
　　 (4)EVA中VA的含量影響PLLA與EVA的相容性和界面相互作用，進(jìn)而影響PLLA/EVA的形態(tài)和結(jié)晶性能。當(dāng)VA含量≤28 wt％時(shí)，共混物形成以PLLA為基體，以EVA為分散相的海-島形態(tài)；當(dāng)VA含量＞28 wt％時(shí)，

6、共混物形成雙連續(xù)相形態(tài)。而VA含量對(duì)PLLA/EVA的結(jié)晶性能的影響表現(xiàn)為：VA含量較低時(shí)，EVA與PLLA不相容，EVA分子鏈中的極性段VA誘導(dǎo)PLLA分子鏈在界面上異相成核，促進(jìn)PLLA結(jié)晶；VA含量較高時(shí)，PLLA與EVA相容性非常好，大量的極性段VA的存在使PLLA分子鏈很難從EVA相中分離出來，阻礙了PLLA的成核和晶體生長。
　　 (5)EVA的加入能夠明顯提高PLLA的沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率。而模量和拉伸強(qiáng)度的降低，