聚乳酸复合发泡材料的制备与性能研究

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聚乳酸(PLA)作为目前主要研究的生物降解材料,是传统石油塑料的理想替代品,因其具有优良的高透明性、生物降解性能、化学降解性能等优点受到广泛关注。但PLA的缺点也较为明显,脆性大、易燃、价格高、降解时间慢,导致在很大程度上限制了其广泛应用。论文主要针对PLA脆性大、成本高、阻燃性能差的缺点,进行相应的改进,从而达到改善材料的力学性能和阻燃性能的目的。为解决PLA成本高的问题,选用成本更低、性能相近的淀粉作为填料,但未经塑化的淀粉加工性不好,本文采用了复合增塑剂来对淀粉进行塑化处理,研究表明,淀粉在塑化过程中,与复合增塑剂发生了酯化反应,破坏了淀粉分子间氢键,使淀粉熔融焓降低。塑化最佳的比例为0.7,其熔融焓最低,更好的改善了淀粉的加工性。通过正交实验探究了各因素对力学性能的影响,结果表明:热塑性淀粉(TPS)的添加量对材料的力学性能影响最大。改变TPS添加量进行单因素试验,研究表明,SEM检测出TPS与PLA部分相容,且分散较好。TPS加入使弯曲强度由92.57MPa降低至45.75MPa。随着TPS添加量的增加,玻璃化转变温度向低温方向移动,熔融温度下降幅度不大,冷结晶温度有所升高,但仍低于纯PLA冷结晶温度。为解决PLA脆性问题,选用聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯(PBAT)作为增韧材料,在相容剂聚乙二醇(PEG)的作用下,PLA与PBAT分子链发生缠绕,增强了界面黏结,改善了共混体系的相容性。通过正交实验探究了各因素对力学性能,结果表明:PLA/PBAT的比例对材料的力学影响最大。改变PLA/PBAT的比例进行单因素试验,研究表明:SEM检测出连续相表面光滑,没有明显的相界面,表现出较好的相容性。与纯PLA发泡相比,泡孔直径增大,由99.481μm增至131.34μm。随着PBAT的含量提高,材料韧性增加,拉伸弹性模量由890.20MPa降低至434.20MPa。对于材料热性能,玻璃化转变温度逐渐向低温方向移动,从61.45℃降低至56.13℃。熔融温度变化不大,结晶峰面积和峰高逐渐升高,当PLA/PBAT质量比为60:40时,PBAT发生了结晶,DSC图谱上出现了两个结晶峰。为解决有机物易燃烧的问题,本文制备了复合阻燃剂,探究复合阻燃剂添加量对发泡材料的性能影响,结果表明,随着复合阻燃剂含量增加,复合发泡阻燃材料的燃烧时间总体上逐渐减小甚至未点燃。通过燃烧测试,复合阻燃剂添加量为17%时,PLA/PBAT/TPS复合阻燃发泡材料的氧指数为35.2%,垂直燃烧等级达到V-0级,具有无熔滴不引燃脱脂棉的现象。对于复合阻燃发泡材料的力学性能,随着复合阻燃剂添加量的增加,拉伸强度逐渐下降。
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