低填料含量下不同填料/聚乳酸基纳米复合材料的结晶、半结晶形态和分子迀移率的对比研究

摘要

本文报道了在低填充量(0.5~5wt%)下不同几何形状和表面化学性质的填料对聚乳酸(PLA)的影响,包括介孔二氧化硅、碳纳米管(CNT)、碳纳米管和粘土的混合物以及后两者的新混合颗粒。纳米复合材料制备最初的研究范围是结晶速率的提高(纯聚乳酸的结晶速率极慢)以及对结构-半结晶形态-分子迁移率关系的研究。为此,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、偏光光学显微镋(POM)和宽带介电光谱(BDS)等分析方法对其进行了评估。发现所有纳米填料均具有加速结晶的结晶位点。而二氧化硅比碳纳米管基填料的效果更强;此外,研究还发现,由于界面相互作用,PLA羰基扰动的减弱或增强(FTIR)相关联。与粘土/碳纳米管混合物相比,杂化粘土/碳纳米管和纯碳纳米管能更有效地提高结晶速率。尽管结晶速率提高了,但结晶度没有提高。POM记录了纳米复合材料中明显的半晶形态变化。在分子迁移率(DSC,BDS)方面,复合材料的段动力学(玻璃化转变,α弛豫)略有减速,协同性增加。总的来说,研究结果显示了影响段动力学的复杂现象,例如填料牵引力(FTIR,DSC)施加的约束和填料或晶体之间非晶态聚合物的空间约束效应,它们分别减缓和加速了动力学D BDS可以记录粘土引起的纳米复合材料中的另一种松弛,这种松弛表现出协同特性和相当高的强度,这很可能是由界面聚合物引起的。尽管缺乏对形貌的显微测量,但综合数据间接表明,在lwt%的颗粒负栽下,PLA基体中的分散最好,这与填料的类型无关。