聚乳酸增塑与聚对苯二甲酸丁二醇酯增韧改性研究

聚乳酸增塑与聚对苯二甲酸丁二醇酯增韧改性研究聚乳酸(PLA)来源于可再生植物资源,由于其具有良好的生物降解性和生物相容性而引起了人们的广泛关注。

然而,作为脂肪族聚酯,PLA具有较低的结晶速率、较差的尺寸稳定性和力学性能,这就很大程度上限制了它的应用范围。

针对PLA的自身缺陷,我们分别选用小分子增塑剂和不同分子量的聚合物型增塑剂对PLA进行增塑增韧改性。

作为通用工程塑料,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的结晶速率快,同时具有较好的耐化学药品性和易于加工性,因而其被普遍应用于汽车、电子、电器等制造行业。

但PBT在室温下的缺口冲击强度较低,限制了它的广泛应用。

针对PBT的这一缺陷,我们选用热塑性弹性体和具有核-壳结构的冲击改性剂对PBT进行增韧改性。

本论文的主要内容和结论如下:(1)选用环保型己二酸二乙二醇单丁醚酯(DGBEA)作为增塑剂,通过直接熔融共混的方法制备了PLA/DGBEA共混体系,并对共混体系的相容性、流变性能、结晶行为以及力学性能进行了研究。

结果表明,PLA/DGBEA为部分相容共混体系。

在整个频率范围内,共混物的复合粘度和储能模量随着DGBEA含量的增加而逐渐降低,这是由于DGBEA对PLA起到了一定的增塑作用。

增塑剂的加入促进了PLA链段的运动,使得PLA的玻璃化转变峰逐渐向低温移动。

PLA/DGBEA共混物表现为双熔融峰,这是由于DGBEA的加入导致了不完整晶型的产生,这些不完整晶型先熔融再结晶然后又熔融形成了双熔融峰现象。

与纯PLA相比,共混体系的断裂伸长率和冲击强度均随着DGBEA含量的增加而逐渐增大,相应的,增塑剂的加入降低了共混物的拉伸强度。

(2)选用不同分子量的聚己二酸二甘醇酯(PDEGA)作为增塑剂,通过直接熔融共混的方法制备了PLA/PDEGA共混体系,并研究了不同分子量的PDEGA对PLA力学性能的影响。

结果表明,低分子量的PDEGA(L-PDEGA)显著地增加了PLA的断裂伸长率,但冲击强度变化不大,起到了很好的增塑作用;而高分子量的
PDEGA(H-PDEGA)能够显著地增加PLA的冲击强度,但断裂伸长率变化不大,起到了很好的增韧作用。

然后,将一定用量的L-PDEGA与不同用量的H-PDEGA同时与PLA共混,实现了对PLA既增塑又增韧的效果。

研究结果表明,PLA/L-PDEGA/H-PDEGA为部分相容共混体系,H-PDEGA能够均匀地分散在PLA基体中。

H-PDEGA的加入降低了PLA的玻璃化转变温度,同时有效地提高了PLA的断裂伸长率和冲击强度。

当H-PDEGA的含量为20wt%时,共混物的断裂伸长率和冲击强度分别由5.6%和3.1k J/m2增加到272.4%和68.3k J/m2。

另外,加入H-PDEGA后,共混物的断裂形态由脆性断裂变为韧性断裂。

共混物的复合粘度随着H-PDEGA含量的增加逐渐降低。

(3)选择热塑性聚氨酯(TPU)弹性体作为增韧剂,对PBT进行增韧改性。

通过直接熔融共混的方法制备了PBT/TPU共混体系,并对共混体系的相容性、热和结晶行为、力学性能以及增韧机理进行了研究。

结果表明,PBT/TPU为不相容共混体系。

TPU的加入,增加了共混物的结晶峰宽度,同时其结晶温度逐渐降低,表明TPU的加入限制了PBT的结晶。

与纯PBT相比,共混物的韧性得到了明显改善,其断裂伸长率和冲击强度均随着TPU含量的增加而逐渐增大。

当TPU的含量达到20wt%时,共混物出现脆韧转变,共混物由脆性断裂变为韧性断裂。

进一步研究TPU增韧PBT的内在机理发现,共混物在拉伸和冲击过程中发生明显的剪切屈服,从而改善了PBT的韧性。

(4)选择具有核-壳结构的聚丁二烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)聚合物作为增韧剂,对PBT进行增韧改性。

通过直接熔融共混的方法制备了PBT/MB-g-GMA共混体系,并对共混体系的相容性、形态结构、结晶行为、流变行为、力学性能以及增韧机理进行了研究。

结果表明,PBT的端基和MB-g-GMA的环氧官能团发生了反应,而且PBT/MB-g-GMA 为部分相容共混体系,MB-g-GMA作为分散相能够均匀地分散在PBT基质中。

随着MB-g-GMA含量的增加,共混物的断裂伸长率和冲击强度逐渐增大。

当MB-g-GMA的含量为15wt%时,共混物出现脆韧转变,剪切屈服是主要的增韧机理。

共混物的复合粘度和储能模量在整个频率范围内都逐渐增大,这可能是两组分间存在着一定的相互作用。

(5)以韧性较好的75/25 PBT/MB-g-GMA共混物作为研究对象,希望通过加入环氧树脂进一步改善PBT/MB-g-GMA共混物的性能。

通过熔融共混的方法制备了PBT/MB-g-GMA/EP共混物,并深入地研究了环氧树脂的加入对PBT/MB-g-GMA共混物相容性、形态结构、热和结晶行为、流变行为、力学性能以及增韧机理的影响。

结果表明,环氧树脂的加入进一步提高了共混体系的相容性,同时MB-g-GMA能够均匀地分散在PBT基质中。

随着环氧树脂的加入,共混物的模量和复合粘度增加,这可能是由于环氧树脂的加入使得共混物分子链间发生缠结,分子链段的运动受到了抑制,环氧树脂也有可能导致PBT扩链反应的发生从而提高了PBT的分子量。

环氧树脂的加入导致共混物的结晶峰变宽且向低温移动,限制了PBT的结晶。

只加入1wt%的环氧树脂,共混物的冲击强度就有了翻倍的提升,由原来的
37.2k J/m2提高至75.6k J/m2,其冲击断面出现更加明显的剪切屈服和橡胶粒子的空洞化。