论文部分内容阅读
聚乳酸(PLA)是一种利用可再生资源生产的线性脂肪族热塑性聚酯，具有良好的生物相容性、生物降解性，优异的力学性能、物化性能和易加工性，是广受关注的可生物降解材料之一。然而，聚乳酸的热变形温度低、性脆、抗冲击性能差、成本较高等缺点限制了PLA的广泛应用。近年来，采用无机刚性粒子增强增韧改性聚乳酸成为众多研究者的研究重点。刚性粒子与PLA基体相容性较差，通常对无机粒子进行表面处理或加入增容剂。 本课题采用熔融共混技术，将PLA分别与柠檬酸三丁酯(TBC)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT，商品名Ecoflex）和碳酸钙(CaCO3)、硫酸钙(CaSO4)进行共混，制备聚乳酸/增韧剂/无机粒子三元复合材料，以提高PLA的性能和实用性。利用差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)、偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试等手段，研究了不同助剂和无机粒子对复合材料的结晶性能、断面形貌和力学性能的影响。此外，本课题还采用不同的动力学模型研究了PLA复合材料的非等温冷结晶动力学。所得结果如下: PLA/CaCO3复合材料的DSC、PLM和WAXD结果显示:钛酸酯偶联剂处理的CaCO3(T-CaCO3)对PLA/T-CaCO3二元复合材料的结晶影响很小，PLA/PBAT二元混合物的相对结晶度（Xc）较纯PLA有所降低。加入T-CaCO3和PBAT后，PLA/T-CaCO3/PBAT结晶能力减弱，球晶尺寸明显降低。TBC显著促进PLA/T-CaCO3/TBC复合材料结晶，PLA/T-CaCO3/TBC复合材料的玻璃化转变温度(Tg)、熔融峰温度(Tm)和结晶峰温度（Tcp）随着TBC含量的升高明显降低，且TBC显著减小球晶尺寸;但是T-CaCO3、PBAT和TBC均未改变PLA晶体结构。SEM照片发现复合材料断裂面粗糙，具有韧性断裂的特征。力学性能测试显示，T-CaCO3和PBAT对复合材料具有协同增韧作用，当PLA/T-CaCO3/PBAT=60wt％/20wt％/20wt％时，三元复合材料的韧性增加，缺口冲击强度为纯PLA的1.77倍;PLA/T-CaCO3/TBC复合材料的韧性随TBC含量上升急剧增加以致在室温具有弹性无法冲断。非等温冷结晶动力学结果说明，PLA/PBAT复合材料的非等温冷结晶动力学可以很好地用Jeziorny法和Mo法描述，而PLA/TBC复合材料的非等温冷结晶行为可以用Mo法描述，结果表明同时加入T-CaCO3和PBAT或TBC提高冷结晶速率;另外，Kissinger法结果显示，PLA复合材料的冷结晶活化能升高。 PLA/CaSO4复合材料的DSC、PLM和WAXD结果显示:钛酸酯偶联剂处理的CaSO4(NT-CaSO4)或硅烷偶联剂处理的CaSO4(KT-CaSO4)和TBC的加入，一定程度上促进了PLA复合材料的结晶，但PLA/KT-CaSO4/TBC复合材料的Xc低于PLA/NT-CaSO4/TBC复合材料的Xc;球晶尺寸均降低，但是均未改变PLA晶体结构。SEM图片显示，复合材料断面粗糙，呈现韧性断裂特征，PLA/KT-CaSO4复合材料的断面较PLA/NT-CaSO4复合材料的光滑，但仍具有韧性断裂的特征，加入TBC后，填料在基体内分散较均匀;力学性能结果显示，NT-CaSO4和KT-CaSO4一定程度上提高了复合材料的刚度和韧性;加入TBC后，韧性很快提高，但是刚度急剧下降。非等温冷结晶动力学结果显示，PLA及其复合材料的非等温冷结晶动力学可以很好地用Jeziorny法和Mo法来描述，同时加入NT-CaSO4和TBC可以提高冷结晶速率;另外，Kissinger法结果显示，PLA复合材料的冷结晶活化能升高。