生物降解高分子泡沫塑料的结构性能关系

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泡沫塑料有密度低、比强度高、导热率低、良好的阻隔性能等优点,使得其在建筑、包装、浮力、汽车、医疗等市场领域得到了广泛应用。传统泡沫塑料如聚氨酯(PU)泡沫塑料。聚烯烃(PE)泡沫塑料等已被大量使用。然而,因为这类泡沫塑料在自然环境下不降解,带来严重的环境问题。出于对环境的考虑,对于发展生物降解高分子泡沫塑料代替传统高分子泡沫塑料引起广泛兴趣。在本博士论文工作中,制备和表征了生物降解高分子泡沫塑料如聚£己内酯(PCL)泡沫塑料、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)泡沫塑料等。论文的主要内容和结论如下:   1.使用化学方法制备了生物降解PCL泡沫塑料。通过改变组成其密度可控制在在0.04至0.30g/cm3之间。通过扫描电子显微镜(SEM)得到了泡沫的微观结构参数,如泡孔尺寸、泡孔壁厚度、泡孔密度等。对泡沫进行单向压缩测试研究了泡沫的力学性能。结果表明,制备的PCL泡沫为闭孔结构,随着发泡倍率的增大其泡孔形状从椭圆变成多边形。PCL泡沫塑料的相对密度与相对模量间为幂指数关系,这与Gibson-Ashby模型结果一致。泡沫塑料的性能随着泡孔壁和泡孔密度的增大而线性增大。然而,在研究范围内泡孔尺寸对泡沫塑料的压缩行为无明显影响。   2.为了降低成本、提高性能,使用化学发泡法制备了PCL/碳酸钙纳米复合泡沫塑料,并研究了碳酸钙对PCL基质以及泡沫塑料结构性能的影响。结果表明,碳酸钙的引入对PCL基质的熟学和力学性能均有明显影响并因此改变了纳米复合泡沫塑料的结构和性能。低碳酸钙含量时碳酸钙起成核剂作用带来了纳米复合泡沫塑料泡孔尺寸的减小和泡孔密度的增大;而当碳酸钙含量较高时体系熔体强度的明显增大带来了泡孔尺寸的增大和泡孔譬厚度的提高。同时纳米碳酸钙对基质起到了增强作用进而带来了泡沫塑料力学性能的提高。相似密度下PCL/碳酸钙纳米复合泡沫塑料的力学性能相比纯PCL泡沫塑料有显著提高。   3.通过熔融共混制备了PCL/蒙脱土纳米复合材料并对其进行了发泡。除了在低含量下起一定结晶成核剂的作用外,蒙脱土的加入对PCL的结晶行为无明显影响。蒙脱土明显提高了未交联PCL基质的熔体强度和力学性能。对纳米复合泡沫塑料进行了SEM表征。结果表明在低蒙脱土含量下平均泡孔尺寸减小而泡孔壁厚度几乎保持不变;当蒙脱土含量增大时泡孔尺寸与泡孔壁厚度均明显增大。对纳米复合泡沫塑料进行力学测试,结果表明相同密度泡沫塑料的压缩模量随着蒙脱土含量的增大而线性增大。   4.使用三烯丙基异氰酸酯(TAIC)作为强化交联剂对PBS进行了Y射线辐照强化交联,并对交联PBS进行了表征。随着凝胶含量的增大,PBS的结晶度降低,其典型的熔融多重峰结构在较高凝胶含量时变为较低温度下的单峰。DMA测试表明交联明显提高了体系的储能模量和损耗模量,PBS玻璃化温度也随着交联度的增大而增大。随着凝胶含量的增大交联PBS的弹性模量增大而断裂伸长率则随之减小。使用化学发泡法对PBS进行了发泡,并对PBS进行了结构表征和性能测试。得到的PBS泡沫塑料为闭孔结构,其泡孔尺寸存在双峰分布,这与基质在发泡温度时的熔体性能有关。与PCL泡沫塑料的结果相近,PBS泡沫塑料的相对密度与相对模量间也为幂指数关系,泡沫塑料的压缩性能随着泡孔壁厚度的增大而线性增大。
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