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聚乳酸(PLA)作为一种可生物降解高分子材料,具有优良的机械性能、生物降解性和生物相容性,在汽车、电子、农业、食品包装和医药等领域有着广阔的应用前景。但是,聚乳酸的性脆、抗冲击性能差、热稳定性差、成本较高等这些缺点限制了PLA的广泛应用。通过对聚乳酸的晶体结构的调控来改善其力学性能是目前最为常用的技术。加入成核剂等是简单易行的一种改善聚乳酸结晶的方法。因此,研究和开发新型结晶成核剂,提高聚乳酸结晶性能具有极为重要的科学意义和应用价值。 本课题以苯甲酸为原料,合成8种苯甲酸金属盐,并和NT-C、水合滑石一起,作为聚乳酸成核剂,采用微型密炼机、微型注射机制备试样,结合差示扫描量热仪(DSC)分析、广角X射线衍射仪(WAXD)分析、偏光显微镜(PLM)观察、力学性能和热变形温度测试,研究成核剂的种类和用量对不同牌号PLA(仅NT-C研究)熔融、结晶、力学性能、热变形温度的影响。此外,本课题还采用不同的模型研究了PLA的非等温结晶动力学。所得结果如下: 成核剂NT-C、水合滑石、苯甲酸锂、苯甲酸钙、苯甲酸锌对PLA(4032D)都有明显的成核效果,NT-C在含量超过0.1%对PLA(2002D)也有成核效果,且成核效果随着成核剂含量的增加而增大,而对于PLA(REVODE101),NT-C没有成核效果。苯甲酸锶、苯甲酸钡、苯甲酸镉对聚乳酸有微弱成核效果,苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸镁、苯甲酸铝则对聚乳酸无成核效果。另外,所有成核剂改性聚乳酸材料中都没有生成新的晶型。 NT-C、水合滑石、苯甲酸锂、苯甲酸钙、苯甲酸锌这5种成核剂均一定程度提高PLA的拉伸性能和弯曲模量。NT-C、水合滑石含量为0.1%时,PLA的拉伸强度和弯曲模量最大。但是这5种成核剂都带来了断裂伸长率下降,缺口冲击强度先降低后增大的问题。当NT-C含量为0.2%时,水合滑石含量为0.1%时,缺口冲击强度最大。原因在于成核剂的加入提高了PLA的结晶性,样品脆性增加,韧性下降。 随着NT-C和水合滑石的加入,PLA的热变形温度变化不大;而当PLA材料在110℃退火60min后,PLA的热变形温度大大提高。 非等温熔体结晶动力学研究表明,NT-C和苯甲酸金属盐改性PLA材料的结晶速率随着降温速率的增大而增大,结晶温度随着降温速率的增大而降低。根据半结晶时间,苯甲酸钙提高结晶速率效果最好,其次是苯甲酸锌和苯甲酸锂,最后是NT-C。采用Augis-Bennett模型和Takhor模型计算PLA/NT-C的结晶活化能接近,而采用Kissinger模型计算PLA/NT-C的结晶活化能则相对较大。对比苯甲酸金属盐改性聚乳酸材料的活化能,三种活化能计算出的结果说明苯甲酸锂改性PLA的活化能最大,其次是苯甲酸锌,最后是苯甲酸钙。