聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

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聚乳酸是一种可降解的生物高分子材料,具有优异的性能,但是其结晶能力差、耐热性不足、脆性大韧性差等的缺陷严重限制了其在工业上的应用。本研究采用季铵盐类改性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、硅烷偶联剂类改性剂KH550、KH560和壳聚糖(CTS)对蒙脱土(MMT)改性,研究其改性机理,并以聚乳酸和优选的有机蒙脱土为原料熔融插层制备聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料,研究比较了几种纳米复合材料的性能,探讨插层结构形成机理及插层结构对材料性能的影响,以期用于指导实际生产。研究的主要内容如下:1、蒙脱土的有机改性及插层机理研究(1)将阳离子表面活性剂CTAB、硅烷偶联剂KH550、KH560和CTS对MMT进行有机改性,FT-IR和X射线(XRD)结果表明,表面活性剂CTAB插入MMT片层间,增加了片层间离,起到插层改性作用,而KH560/KH550/CTS覆盖在蒙脱土表面对蒙脱土进行了修饰,增加了相容性。(2)将CTAB分别和KH550、KH560和CTS有机复合改性MMT,制备得到二次功能改性有机蒙脱土TFC(KH550)、TFC(KH560)、TFC(CTS),并研究了CTAB含量对蒙脱土改性效果的影响。FT-IR和X射线(XRD)结果表明,二次改性后的的TFC片层间距大于CMMT,说明二次改性剂起到助撑作用,部分KH550、KH560和CTS进入层间。采用1.0倍钠离子交换量CTAB制得的有机蒙脱土(1.0-CMMT)片层间距大于采用0.5倍钠离子交换量CTAB制得的(0.5-CMMT),对应的TFC片层间距也较0.5-CMMT对应的TFC片层间距大(相同种类TFC相比)。2、聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能表征采用熔融插层法分别将MMT、1.0-CMMT、TFC和PLA复合,制备得到PLA/MMT、 PLA/1.0-CMMT、 PLA/TFC(KH550)、 PLA/TFC(KH560)、PLA/TFC(CTS)纳米复合材料,并通过XRD、DSC、TG研究有机蒙脱土含量和种类对复合材料的结构、结晶性能及耐热性能的影响。(1)XRD曲线表明,PLA/1.0-CMMT、PLA/TFC纳米复合材料均形成了插层型结构;TFC的含量增大时,插层效果变差,1wt%TFC(KH560)/PLA和TFC(CTS)/PLA纳米复合材料均形成了部分剥离结构,1wt%和3wt%TFC(KH550)均形成了插层型结构,且在含量为1wt%的三种TFC/PLA纳米复合材料中,1wt%TFC(CTS)/PLA纳米复合材料插层效果最好。(2)DSC数据显示,同组分TFC/PLA纳米复合材料的Xc比1.0-CMMT/PLA的Xc更高,Tc更低,抑制冷结晶效果更好,另外随着有机MMT含量增加,复合材料的Xc逐渐减小,在1wt%时材料的Xc最大,其中1wt%TFC(KH550)/PLA纳米复合材料的Xc高达39.23%,增比达到6%;研究中比较了1wt%的TFC/PLA复合材料的结晶性能,Xc均增大,但总体来说1wt%的TFC(KH550)、TFC(KH560)对聚乳酸结晶性能改善效果好。(3)通过TG分析复合材料耐热性可知,未改性MMT的加入,能促进聚乳酸的降解,而有机化蒙脱土则能够有效改善PLA的耐热性,延缓PLA降解,其中二次改性MMT(TFC)能更有效改善聚乳酸的耐热性,且当TFC(KH550)含量为3wt%复合材料的耐热性最好。
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