生物基可降解聚乳酸材料的高性能化研究

生物基可降解聚乳酸材料的高性能化研究近些年,作为一种新兴的生物基高分子材料,聚乳酸(PLA)以其原材料可再生,制品废弃后可降解,以及良好的加工性能和力学强度,受到非常广泛的关注,被誉为最具发展前景的生物基高分子材料。然而,商业化聚乳酸本身也具有非常明显的缺点,比如结晶速率低、韧性差和不阻燃,极大限制了聚乳酸的应用领域,使其不能在汽车、电子等领域得到广泛应用。

本论文工作,旨在对聚乳酸进行高性能化研究,改善其韧性和耐热性能,并在增韧改性的基础上进行阻燃改性,从而使聚乳酸材料能够在更为广泛的领域得到应用。同时,对多组分共混物相态结构和界面作用进行了详细表征,深入研究增韧机理。

本论文主要包括以下四个方面内容:1.通过对聚乳酸反应共混样品在聚乳酸玻璃化温度以上进行热退火处理,制备得到超韧聚乳酸材料。该材料由聚乳酸(PLA)和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(EGMA)以80/20的质量比组成。

除了优异的拉伸韧性和冲击强度,该材料还表现出优异的耐热性能。热退火过程,可以使得聚乳酸基体从非晶态向结晶态转化,研究发现结晶度与冲击强度之间存在线性关系。

本项工作从负压效应的观点出发,讨论了反应共混以及退火过程中可能存在的增韧机理。2.以等比例的生物质高分子材料聚乳酸和尼龙11(PA11)为基体,添加少量乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(EGMA)增韧剂,构建了

PLA/PA11/EGMA三元超韧共混体系。

采用强剪切加工工艺,在不同转速下制备得到PLA/PA11/EGMA合金样品。样品的拉伸韧性和冲击强度对加工转速表现出显著的依赖性,在高转速条件下

(1000rpm),制备得到PLA/PA11/EGMA 40/40/20超韧共混材料。

同时,该超韧三元合金还表现出较高的热变形温度。通过热分析观察组分玻璃化温度变化,以及透射电镜分析不同组分的形态,探究了其中的增韧机理。

3.在乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(EGMA)反应共混增韧聚乳酸的基础上,进一步添加次磷酸铝对样品进行阻燃改性,实现了韧性和阻燃性能之间的平衡。通过热重测试(GTA)和微型燃烧测试(MCC),讨论材料的热稳定性和燃烧性能。

利用相差显微镜和扫描电镜,仔细观察了 AHP在PLA/EGMA 80/20基体中的分散,冲击断面和燃烧后的碳层残留,用以综合理解材料的力学性能和阻燃性能。

4.聚乳酸与乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物弹性体反应共混,可以提升拉伸性能和抗冲强度。

在此基础之上,将少量PA11刚性有机粒子加入PLA/EGMA体系中,抗冲性能可以进一步得到改善。通过差示扫描量热(DSC)分析了不同组分的结晶度;采用流变学手段,研究了不同组分间的界面作用。

最后,通过相差显微镜观察PA11在体系中的分散形态。