聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究

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聚乳酸是以生物资源如玉米等为原料发酵得到乳酸后经化学合成的高分子材料,废弃后可在微生物、水、酸、碱等作用下完全分解成水和二氧化碳,是典型的可完全生物降解塑料,由于其良好的加工性和优良的生物相容性,被认为是最有应用前途的可生物降解高分子材料。目前聚乳酸作为实际应用的产品较少,主要是由于其自身强度不高、韧性低和耐热温度低等缺陷限制了应用范围。本文通过蒙脱土纳米材料填充和辐照交联改性聚乳酸有效地提高了这些性能,主要工作如下:   1.采用熔融共混法通过双螺杆制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料,通过用XRD、TEM对材料的微观结构、形貌进行表征,结果表明:聚乳酸分子链插入蒙脱土片层间,蒙脱土以纳米级尺寸均匀分散在聚乳酸基体中,体系相容性良好。力学测试表明加入蒙脱土能有效地提高聚乳酸的拉伸强度和韧性,特别是当蒙脱土的添加量为3wt%时复合材料的力学性能得到最大改善,维卡软化测试表明蒙脱土的加入显著地提高了聚乳酸的维卡软化温度,DSC分析和WXRD测试试样晶粒平均粒径尺寸表明纳米蒙脱土的加入可以降低聚乳酸结晶温度,缩短结晶时间,提高结晶度,减小晶粒尺寸。   2.母粒法不适合用于制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料,GPC测试表明聚乳酸分子量与加工次数成反比关系,加工次数越多,其分子量下降速率越快,这导致材料的各项力学性能均下降。退火处理能使聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料拉伸强度提高,韧性降低,DSC分析表明退火处理提高了聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的结晶度,WXRD分析表明试样平均晶粒粒径尺寸增大。   3.辐照交联改性研究表明通过加入三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)成功制备了具有交联结构的聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料,研究了交联剂TAIC用量和辐照剂量对复合材料力学性能和耐热变形温度的影响。结果表明交联结构能有效提高复合材料的拉伸强度,但材料的韧性有所降低,DSC和维卡软化测试表明辐照交联改性能提高聚乳酸的热稳定性,使Tm和维卡软化温度有所提高。
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