聚乳酸/改性甘蔗纤维复合材料的制备与性能分析

以低分子量聚乙二醇(PEG)为增塑剂,马来酸酐改性的甘蔗纤维(MSF)为成核剂,采用熔融共混的方式制备PLA/MSF/PEG复合材料,并对复合材料的结晶行为、晶体形貌、力学和表面亲水性进行研究。结果表明:表面改性的MSF可作为异相成核剂,显著提高PLA的结晶能力;增塑剂PEG和成核剂MSF的协同加入,能够进一步提高PLA的结晶速率,并增大球晶尺寸。增塑剂PEG的加入,能够明显提高PLA/MSF/PEG的断裂伸长率,但使复合材料的拉伸强度和模量下降。与PLA/PEG共混物相比,PLA/MSF/PEG共混物具有更高的拉伸强度和模量。PLA/MSF(3%)/PEG(10%)的综合性能较好,与纯PLA相比断裂伸长率提高468.7%,拉伸强度降低48.7%左右。因此,增塑剂PEG与改性纤维MSF协同改性,使PLA/MSF/PEG共混物具有更优异的力学性能和结晶性能,能够进一步扩大PLA材料的应用范围。     

滑石粉与PEG的协同效应对PLA结晶性的影响

通过熔融共混的方法制备了聚乳酸(PLA)/滑石粉(Talc)/聚乙二醇(PEG)共混物,研究了共混物的非等温结晶过程,分析了PLA结晶过程中Talc和PEG的协同效应。结果表明:随着降温速率的增大,共混物的结晶峰温都向低温区偏移,结晶度降低,结晶速率提高;试验发现在成核阶段Talc起到促进晶核形成的决定性作用,Talc与PEG协同效应对PLA结晶速率的显著影响体现在生长阶段(Ⅱ区);偏光显微镜(POM)观察也表明Talc和PEG的协同效应在结晶期的生长阶段。     

滑石粉对PLA/PBAT共混物非等温结晶行为的影响

采用差示扫描量热法研究了滑石粉(Talc)对聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PLA/PBAT)共混物非等温结晶行为的影响。结果表明,随着Talc用量的增加,结晶完成时间缩短,结晶温度向高温移动,且结晶度增大,这说明Talc可以起到异相成核剂的作用,显著提高共混物的结晶能力。此外,降温速率对共混物的非等温结晶行为也有显著影响。较低的降温速率有利于得到结晶度更高的PLA/PBAT共混材料。利用Jeziorny法对共混物的非等温结晶动力学进行研究。结果发现,在相同降温速率下,随着Talc含量的增加,结晶速率常数显著增大,而半结晶时间随之减小。在不同降温速率下得到的含Talc共混物的Avrami指数(n)接近3,故其成核机理是以异相成核为主,球晶生长方式为三维生长。     

α成核剂和β成核剂对高流动性聚丙烯结晶行为的影响

研究了α成核剂和β成核剂对高流动性聚丙烯(PP)结晶行为的影响,采用偏光显微镜、差示扫描量热法和广角X衍射对其微观结构和结晶形态进行了表征。结果表明:α成核剂的加入细化球晶而不改变结晶形态;β成核剂的加入改变球晶的形态,使部分α晶型向β晶型转变;两种成核剂的加入使高流动性PP的结晶速率加快结、晶过程的成核方式和生长机理发生改变,结晶活化能降低。     

成核剂1,3,5-苯三甲酸三(环己胺)作用下聚丙烯的等温结晶动力学研究

采用经典的Avrami方程研究了成核剂1,3,5-苯三甲酸三(环己胺)(BTCA-TCHA)作用下等规聚丙烯(iPP)的等温结晶动力学,采用阿仑尼乌斯公式计算了聚丙烯的结晶活化能。结果表明,BTCA-TCHA的加入可明显缩短聚丙烯的半结晶时间(t1/2),加快聚丙烯的结晶速度;BTCA-TCHA的加入对聚丙烯的球晶生长方式基本没有影响,空白聚丙烯和成核聚丙烯的球晶生长方式都是扩散控制的异相成核三维球晶生长。此外,成核剂的加入使聚丙烯的结晶活化能ΔE从空白聚丙烯的370 kJ/mol降低到312 kJ/mol,从而加快聚丙烯的总结晶速率。     

不同成核剂对聚丙烯力学性能的影响

研究了β成核剂以及超细滑石粉分别对聚丙烯复合材料力学性能的影响,并采用差示扫描量热法(DSC)、正交偏光显微镜、广角X衍射(XRD)对其微观结构和结晶形态进行了表征,并对复合材料力学性能进行了探讨。结果表明:不同成核剂的加入可以改变球晶的形态,使部分α晶型向β晶型转变;同时使PP的结晶速率加快、结晶过程的成核方式和生长机理发生改变,结晶活化能降低,随着不同成核剂的加入,力学性能有显著的提高。     

不同PEG含量对PLA/PEG共混物结晶动力学的影响

采用溶液共混法制备了一系列不同配比的聚乳酸(PLA)/聚乙二醇(PEG)共混物。通过偏光显微镜(POM)、扫描电镜(SEM)和差式扫描量热仪(DSC)研究了不同PEG含量的PLA/PEG共混物在不同结晶温度下,聚乳酸的晶体形貌、球晶生长速率及热力学性能。研究发现,PEG能够显著提高聚乳酸球晶的生长速率。当PEG含量为60%时,PLA/PEG共混物中聚乳酸球晶的生长速率最快,达到23.6μm/min,比纯聚乳酸的最快球晶生长速率(0.5μm/min)高47倍。但是,当PEG含量高于60%时,聚乳酸球晶的生长速率有所降低。同时,PLA/PEG共混物中聚乳酸球晶速率随结晶温度变化的取向,均向低温移动。另外,PLA/PEG共混物中聚乳酸球晶呈现环状花纹。DSC测试结果表明,随着PEG含量的增加,PLA/PEG共混物的玻璃化转变温度明显降低。     

接枝改性纤维素纳米晶对聚乳酸结晶性能的影响

通过熔融共混将接枝改性的纤维素纳米晶(CNC-g-PEG)引入聚乳酸(PLA),制备了PLA/CNC-g-PEG纳米复合物。采用差示扫描量热分析仪研究了PLA、PLA/CNC和PLA/CNC-g-PLA分别在不同升温速率下的非等温结晶形为。研究表明,CNC能促进PLA的结晶成核,使其结晶温度显著降低,而CNC接枝PEG后,与PLA的相容性增加,促进PLA的成核作用更强,使得PLA的结晶温度进一步降低。通过Kissinger方程计算了各样品的结晶活化能,发现CNC显著降低了PLA的结晶活化能,而接枝改性后的CNC与PLA的相容性增加,分子链间相互作用变强,阻碍了PLA分子链的运动,使得样品的活化能略微提高。     

成核剂对聚乳酸挤出流延膜结晶性能的影响

聚乳酸作为一种优异的可降解塑料近年来发展迅速,受PLA结晶性速度慢,脆性高的影响,改善PLA结晶性能的研究日益受到关注。本文研究了两种成核剂对挤出流延PLA结晶性能的影响。实验结果显示,挤出流延的PLA薄膜的结晶度仍然很低,在升温过程有明显的冷结晶行为,成核剂对PLA结晶的贡献远低于冷却速度的影响。相较于TMC300,使用滑石粉(Talc)作为成核剂,能更快提升PLA的结晶速率,提升结晶完善性。挤出流延的PLA膜还需要经过退火处理使结晶完善,释放加工过程的取向内应力。使用两种成核剂的样品大约经过20分钟的热处理即可完成结晶,在退火过程,Talc显示出更为优越的结晶加速行为。因此相较而言,Talc更适合在PLA挤出流延制膜中应用。     

聚乙二醇增塑聚乳酸的等温结晶动力学研究

采用DSC方法对聚乙二醇(PEG)增塑聚乳酸的等温结晶动力学进行了研究。结果表明,PEG的加入提高了聚乳酸的结晶速度,在相同结晶温度下,随着PEG摩尔质量的增大,结晶速率增大,结晶活化能先减小后增大。不同摩尔质量PEG增塑PLA的结晶成核机理和生长方式一样。     

超细滑石粉填充聚乳酸共混薄膜的制备及性能研究

采用双螺杆挤出共混法,将聚乳酸(PLA)、超细滑石粉(Talc)及乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)熔融共混制备生物降解粒料,并通过吹塑成型的方法制备了共混薄膜,研究了PLA共混薄膜材料的旋转扭矩、力学性能、稳定性及结晶形态。结果表明,随着超细Talc用量增加,PLA共混薄膜材料的旋转扭矩逐渐下降,拉伸强度和断裂伸长率均先增后降,直角撕裂强度基本不变;60℃体系增塑剂迁移率逐渐变小;125℃随Talc用量的增加,晶核数目增加、结晶速率增大且球晶尺寸变小。     

聚乳酸的等温结晶研究

研究了成核剂SX,滑石粉（Talc）及SX与Talc复合对聚乳酸（PLA）结晶的影响。等温结晶动力学表明,各个体系Avrami参数均在1—2．5之间,为异相成核。SX含量从0．2％（质量分数,下同）增加到0．6％后,结晶速率大大提高,结晶半周期tln为0．65min,并且随着等温结晶温度的减小,t1/2减小。Talc含量变化对提高PLA结晶速率没有明显影响。SX是比Talc更高效的成核剂,当其添加到0．6％,120oC时等温t1/2为0．65min,远小于添加6％Talc的。SX与Talc有协同作用,添加0．2％SX＋4％Talc的样品t1,2达到0．10min。     

聚乳酸共混增韧和耐热性能的研究

将乙烯/甲基丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(GEBMA)和滑石粉(Talc)按不同比例加入聚乳酸(PLA)基体中,熔融共混制备PLA/GEBMA/Talc共混物。将GEBMA的质量分数固定为10%,探讨了不同含量的Talc对PLA/GEBMA/Talc共混物的力学性能、流变性能、热性能、相形态以及耐热性能的影响。结果表明:GEBMA的加入提高了PLA的韧性,冲击强度从纯PLA的4.3 kJ/m~2提高到PLA/GEBMA(90/10)的21.6 kJ/m~2。随着Talc含量的增加,PLA/GEBMA/Talc共混物的拉伸强度和冲击强度降低,弹性模量增加,PLA/GEBMA/Talc材料具有良好的力学性能。Talc起到了异相成核作用,可以提高结晶速率,减小PLA的晶体尺寸,改善了共混物的耐热性能。PLA/GEBMA/Talc材料可广泛用于可生物降解的注塑产品。     

山梨糖醇/稀土复合成核剂对等规聚丙烯非等温结晶行为的影响

采用差示扫描量热仪(DSC)研究了山梨糖醇/稀土复合成核剂不同组成对等规聚丙烯非等温结晶动力学及其熔融行为的影响。动力学分析结果表明莫志深方法很好地描述聚丙烯非等温结晶动力学,用Kissinger公式计算所得非等温结晶活化能表明复合成核剂的加入提高了结晶活化能。结晶形态和熔融行为均依赖于复合成核剂的组成和降温冷却速率,较低的降温速率有利于β晶型的生成,随着降温速率的增加,β晶型的相对含量减少。在较多的β成核剂含量和较低的降温速率条件下,可以获得较高含量的β晶型。     

α成核剂与HYBRAR对PP结晶及形态影响

用差示扫描量热仪、偏光显微镜和广角X射线衍射仪研究了高性能热塑性弹性体苯乙烯、乙烯支化异戊二烯三嵌段共聚物(HYBRAR)及α成核剂与聚丙烯(PP)共混物的结晶性能及形态.结果表明:HYBRAR对PP有一定的成核作用,并使其球晶界面变得模糊;在一定温度范围内,温度愈低PP结晶速率愈快,结晶越不完善;α成核剂的加入细化了PP的球晶,提高了结晶速率和结晶度,但对其晶型没有影响.     

PET/PBT共混物非等温结晶行为的研究

采用差示扫描量热法(DSC)研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET/PBT)共混物的非等温结晶行为;研究了冷却速率对PET/PBT滑/石粉(Talc)成/核剂(P250)共混物结晶行为的影响。对其数据分别采用Jeziorny法、Ozawa法和Mo法进行处理。结果表明:PET/PBT共混物在加入滑石粉后相对结晶度(Xc)有所下降,但是结晶速率提高;PET/PBT/Talc体系单独引入成核剂体系效果更优;PET/PBT/Talc/P250体系随降温速率的增大,结晶度下降,结晶速率加快;Jeziorny法和Mo法处理非等温结晶过程比较理想,Ozawa法则具有一定的局限性。     

成核剂对PHBV结晶影响的研究

通过熔融共混的方法,分别将成核剂A、成核剂B、氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO₂)与聚-3-羟基丁酸/戊酸酯(PHBV)进行共混,研究了它们对PHBV结晶性能的影响。利用差示扫描量热仪研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶动力学,利用热台偏光显微镜观察了晶体成核和生长过程。结果表明,这些成核剂均可以改善PHBV结晶不完善的情况,使PHBV的熔融峰从2个变为1个;成核剂A和B可改善PHBV的成核效果,提高PHBV的结晶速率,且球晶尺寸明显细化;加入SiO₂后,形成了同心圆球晶,结晶速率获得改善。     

聚乳酸/四针状氧化锌晶须非等温冷结晶行为的研究

采用熔融共混法制备了聚乳酸(PLA)/四针状氧化锌晶须(T-ZnOw).用差示扫描量热仪研究了PLA及PLA/T-ZnOw的非等温冷结晶行为;用Jeziorny法和Mo法对其非等温冷结晶动力学进行了分析研究,并计算了相关的结晶动力学参数.结果表明,Jeziorny法和Mo法均能很好地描述PLA及PLA/T-ZnOw的非等温冷结晶过程,且结果一致.Jeziorny法分析表明,初次结晶阶段PLA及PLA/T-ZnOw的Avrami指数n1值范围分别为4.22～5.43和3.11～4.80,而二次结晶阶段的Avrami指数n2值范围分别为3.10～4.66和2.69～5.57,说明T-ZnOw的加入改变了PLA的成核和晶体生长规律.Mo法分析表明,在相同的X(t)下,PLA/T-ZnOw的F(T)值整体大于PLA,T-ZnOw的加入降低了PLA的结晶速率.偏光显微镜观察结果显示,随着T-ZnOw的加入,PLA球晶尺寸减小,数目增多,T-ZnOw促进了PLA的成核.     

聚羟基丁酸己酸酯／聚乙二醇共混膜的制备与性能研究

采用溶液浇铸法制备了聚羟基丁酸己酸酯/聚乙二醇(PHBHHx/PEG)共混膜,用DSC和POM研究了其热性能与结晶行为,并测量了其静态水接触角.结果表明,PHBHHx与PEG间存在较强的相互作用.在第二次升温过程中,个别共混比例的PHBHHx在PEG的诱导下可以发生一定程度的结晶,PEG起成核剂的作用.当PEG质量分数为40%时,PHBHHx亲水性能有所改善.PEG的加入对PHBHHx的球晶形态有影响,一定量PEG的加入可以加快PHBH-Hx的结晶速度.     

成核剂TMB-5对聚乳酸结晶性能的影响

采用差示扫描量热仪、偏光显微镜、广角X射线衍射仪等研究了成核剂TMB-5对聚乳酸(PLA)结晶性能的影响。结果表明:随着成核剂含量的增加,PLA的结晶性能得到明显改善。非等温和等温结晶速率明显加快,非等温结晶峰向高温方向偏移,等温结晶的半结晶时间缩短;在w(TMB-5)为0.5%、温度为126℃时,半结晶时间低至1.6 min;此外,PLA在136℃条件下等温结晶的晶型为α晶,加入TMB-5对PLA等温结晶的晶型无影响。