聚乳酸/纳米二氧化硅原位复合材料的制备和性能

摘要

本文采用原位聚合法，在催化剂作用下，使丙交酯单体在改性的纳米二氧化硅表面开环聚合，改善了聚乳酸的性能，简化了制备工艺，直接制得聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料。 ⑴以D，L-乳酸为原料，在催化剂氧化锌作用下通过脱水环化制各出了D，L-丙交酯，研究了减压脱水时间和解聚温度对丙交酯产率的影响，得出合理的制备工艺条件为：先常压脱水至液体温度为145℃，然后加入用量为1.5wt％的催化剂，在150℃下脱水反应2h；裂解温度范围为170℃-250℃，丙交酯粗产率能达到85％左右。选用无水乙醇为丙交酯重结晶溶剂，通过加热套加热，缩短了重结晶时间，并将纯丙交酯的收率提高到70％左右。经三次重结晶，丙交酯的熔程为125.2-126.3℃。 ⑵用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)改性纳米二氧化硅粉体，讨论了偶联剂的用量对改性效果的影响，得出了较合理的偶联剂用量为纳米二氧化硅用量的10wt％。 ⑶讨论了聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的制备方法。分析了复合材料制备过程中各种单因素(催化剂的种类和用量、反应温度、反应时间以及改性纳米二氧化硅用量)对聚合物质均分子量的影响，通过正交实验得出了最优制备工艺为：以辛酸亚锡为催化剂，其用量为丙交酯的0.25wt％，聚合反应时间为72h，反应温度为140℃，改性纳米二氧化硅的用量为丙交酯的5wt％。按此最佳条件进行复合材料的制备，最终得到聚合物的质均分子量(Mw)为1.5091×105。通过复合材料的红外光谱和扫描电镜分析，表明纳米二氧化硅与聚乳酸发生了化学结合，并且均匀的分散于聚乳酸基体中。热失重分析结果表明，随着纳米二氧化硅含量的增加，聚乳酸纳米二氧化硅复合材料的热稳定性提高。通过力学性能分析，可以看出无机纳米粒子的加入提高了材料的拉伸强度。通过材料的吸水性分析，表明纳米二氧化硅的加入明显地改善了聚乳酸的亲水性，这可以加快聚乳酸的降解速率，增强相容性。用紫外-可见光分光光度仪分析聚乳酸/纳米二氧化硅复合材料的透光性，结果表明复合材料膜的透光率与纯聚乳酸膜的透光率相当，纳米二氧化硅粒子对透光率没有影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2聚乳酸材料的发展历史

1.3合成聚乳酸的单体

1.3.1乳酸

1.3.2丙交酯

1.4聚乳酸的合成方法

1.4.1直接法

1.4.2间接法

1.5聚乳酸的改性方法及研究进展

1.5.1共聚法

1.5.2共混法

1.5.3复合法

1.6聚乳酸材料的应用

1.6.1生态学应用

1.6.2生物医学应用

1.7聚乳酸材料的发展前景

1.8课题的目的意义和研究内容

第2章实验部分

2.1实验原料和设备

2.1.1主要实验设备

2.1.2主要实验原料

2.2实验过程

2.2.1丙交酯的制备和纯化

2.2.2纳米二氧化硅的改性

2.2.3 PLA/纳米SiO2复合材料的制备

2.3表征与测试

2.3.1红外光谱表征

2.3.2丙交酯的熔点测试

2.3.3纳米SiO2的沉降体积测试

2.3.4纳米SiO2表面羟基滴定

2.3.5热重分析

2.3.6扫描电镜分析

2.3.7分子量测定

2.3.8拉伸强度测试

2.3.9吸水率的测试

2.3.10透光性的测试

2.4本章小结

第3章结果与讨论

3.1丙交酯制备结果分析

3.1.1制备过程分析

3.1.2丙交酯产率影响因素分析

3.1.3重结晶过程与讨论

3.1.4丙交酯的红外谱图分析

3.2纳米二氧化硅的改性结果分析

3.2.1偶联剂对纳米SiO2的改性机理分析

3.2.2偶联剂的用量对改性效果的影响

3.2.3红外光谱分析

3.2.4表面形貌分析

3.2.5热重分析

3.2.6表面羟基滴定分析

3.3 PLA/纳米SiO2复合材料的制备结果分析

3.3.1制备方法的选择

3.3.2复合材料的制备原理

3.3.3各种单因素对复合材料质均分子量的影响分析

3.3.4影响因素的正交实验分析

3.4 PLA/纳米SiO2复合材料的表征和性能

3.4.1复合材料的结构分析

3.4.2复合材料的扫描电镜分析

3.4.3复合材料的热稳定性分析

3.4.4复合材料的力学性能分析

3.4.5复合材料的吸水性分析

3.4.6纳米SiO2粒子对复合材料膜透光性的影响

3.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢