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用淀粉填充聚乳酸(PLA)可以得到成本较低的可完全生物降解材料,但两者间相容性不好导致简单共混物力学性能很差,必须进行增容改性。本文在双螺杆挤出机中制备了马来酸酐接枝聚乳酸,研究了工艺条件和配方对产物的接枝率、熔体流动速率、特性粘数及凝胶含量的影响;用红外光谱表征了接枝产物,用扫描电子显微镜对接枝共聚物改善聚乳酸与淀粉共混物的相态结构进行了考察。此外,本文将过氧化二异丙苯(DCP)插层入季胺盐改性过的纳米蒙脱土(O-MMT)中,在转矩流变仪中研究了该复合引发体系引发马来酸酐与聚乳酸的接枝反应,并将其与DCP引发的接枝反应进行了比较。
聚碳酸酯(PC)是一种性能优良的工程塑料,近年来用量已超过尼龙居五大工程塑料之首,但其加工流动性不好且成本较高。PLA是一种机械性能良好、成型加工性优越的热塑性聚酯,将其与PC共混不仅可降低成本,而且能改善PC的加工流动性。本文通过改变PC/PLA共混物中的组分比、挤出温度及螺杆转速,研究它们各自对共混物力学及流动性能的影响;用差示扫描量热仪研究了共混物组分间的相容性,用红外光谱考察了熔融共混过程能否发生酯交换反应,用热失重实验探究了共混物的热稳定性,用扫描电子显微镜观察了共混物的相态结构。同时,本文还研究了两种不同热塑性弹性体(TPE)的加入对共混体系力学及加工流动性的影响,结合共混物的相态结构探讨了两种热塑性弹性体的增韧机理。
研究结果表明:马来酸酐接枝聚乳酸的熔融挤出反应主要依赖于大分子侧链自由基进行,过高的螺杆转速或挤出温度会引起接枝物的降解反应,不利于产物接枝率的提高。在适宜的反应条件下(马来酸酐浓度2wt%,DCP浓度0.35wt%,挤出温度180℃,螺杆转速100r/min),可以方便制得马来酸酐接枝聚乳酸产物。适量接枝物的加入可明显改善乳酸/淀粉共混材料的相容性。
DCP可成功地插层入季胺盐改性过的纳米蒙脱土中。与DCP引发接枝反应相比,DCP/O-MMT复合引发体系引发的接枝反应效率更高,且接枝物的降解反应得到了抑制。
PC/PLA共混物熔融挤出过程中伴有降解反应和酯交换反应。共混挤出温度的升高可促进降解和酯交换反应,明显改善PC/PLA共混物的相容性。较高的螺杆转速会导致聚碳酸酯链断裂。在适宜的挤出共混条件下(PC/PLA=80/20,挤出温度220℃,螺杆转速50r/min),可制得具有较高缺口冲击强度和较好熔体流动性能的共混材料。
添加适量的热塑性弹性体TPE-A和TPE-B缓冲了材料冷却时的体积收缩应力,大幅提高共混材料的缺口冲击强度和断裂伸长率。TPE-B与共混物的相容性优于TPE-A,弹性体用量对材料缺口冲击强度的影响存在极大值,添加2wt%的TPE-A和10wt%的TPE-B可使材料冲击强度分别达到71.92kJ/㎡和88.30 kJ/㎡,相对PC分别提高近4倍和5倍。同时材料的熔体流动速率由PC的0.68g/10min分别提高到2.16g/10min和4.58g/10min。