论文部分内容阅读
近年来,环境污染问题和能源短缺问题日益严重,学术界和工业界都在寻求可循环利用和环境友好型绿色材料。聚乳酸(PLA)是目前研究最多、产量最大、商业化最为成功的可生物降解材料之一,纯PLA显示出脆性,强度高而断裂伸长率低,使它的应用领域受到限制;与PLA相反的是,己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物(PBAT)是柔韧性极好的弹性体材料;聚羟基丁酸酯戊酸共聚酯(PHBV)则降解速率快。PLA、PBAT、PHBV都是极具发展前景的可生物降解材料,广泛使用这些绿色材料以代替石油基材料,将显著减少对石油资源的依赖,有利于可持续发展。本文采用熔融共混法制备了不同质量比的PLA/PBAT/PHBV三元共混材料及GMA改性PLA/PBAT/PHBV共混材料,系统地研究了共混材料的结晶性能、热性能、相结构、流变性能及力学性能,并分析了共混材料的相容性及可纺性。研究结果表明:1.PLA/PBAT/PHBV共混材料的热失重起始分解温度与纯PHBV相比提高了45℃,热稳定性提高;材料中各组分Tg与单一体系相比几乎无变化,PLA/PBAT/PHBV共混体系为完全不相容体系;同时PBAT和PHBV的加入阻碍了PLA的冷结晶;SEM观察发现复合体系的共混形态呈“海-岛”分布,PBAT和PHBV可均匀地分散于PLA基体中,相界面分明;随着PBAT含量增加,PLA/PBAT/PHBV共混材料熔体的流动性增加,温度变化对黏度的影响变大;力学性能研究显示,PLA/PBAT/PHBV(70/20/10)组材料在保留纯PLA的60%拉伸应力的同时,拉伸应变提高到纯PLA的2.6倍,韧性得到改善。2.以GMA为增容剂,采用反应性共混制备的PLA/PBAT/PHBV共混材料中PLA组分的玻璃化转变温度(Tg)下降,PLA/PBAT/PHBV共混材料异相间界面变模糊,由界面完全分离状态向部分粘结甚至“海”相将“岛”相整体包覆状态改变,粒径尺寸减小,分散均匀程度提高,GMA对PLA/PBAT/PHBV共混材料的增容作用显著。GMA对PLA/PBAT/PHBV共混材料中PLA组分的结晶作用产生了影响,其结晶温度(Tc)、熔融温度(Tm)下降及结晶度(Xc)下降。3.采用反应性共混制备的PLA/PBAT/PHBV共混材料的热稳定性有所改善;改性后的共混材料熔体黏度略有增加,温度和剪切速率对熔体黏度的影响仍较大,剪切速率较高时GMA含量、温度变化对黏度影响显著减小,加工较为容易;GAM使PLA/PBAT/PHBV共混材料的可纺性显著改善,熔体纺丝速率提高,纤维最大牵伸速率可达126m/min,纤维粗细均匀,无发粘现象,可顺利退绕;GMA含量及牵伸速率对纤维的力学性能影响显著,断裂比强度增加时断裂伸长率减小。其中,GMA含量为7%、牵伸速率为70m/min时可制得力学强度与韧性较为平衡的纤维。