氮化硼、海泡石改性脂肪族聚酯(PBS、PLA)复合材料的热性能研究

摘要

合成高分子材料的广泛应用，引发了一系列严重的环境问题，研究开发利用功能化的可生物降解材料成为缓解环境压力的热点问题，利用无机粒子改性高分子材料，成为制备优异性能复合材料的研究重点。本论文分别以丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)为基体，以六方氮化硼(h-BN)、海泡石(SP)微米粒子为增强材料，采用熔融共混和开炼压延工艺，制备无机物/脂肪族聚酯复合材料，分析研究了无机物改性不同聚酯复合材料性能差异性的原因。并采用KH550、KH560处理h-BN、SP无机粒子表面，研究了无机粒子对 PBS、PLA基复合材料聚集态结构、界面相容性、结晶性能、热稳定性以及力学性能的影响。本研究得到的结论如下：
　　一、h-BN、SP的加入对聚酯基复合材料性能的影响
　　1）与PBS相比，h-BN/PBS、SP/PBS复合材料的拉伸强度与断裂伸长率增大，随h-BN、SP添加量的提高，拉伸强度与断裂伸长率呈现先升高后降低的趋势，当h-BN、SP添加量分别为6wt％和2wt%时，综合力学性能最优。但加入过量h-BN、SP后，PBS基体中出现团聚现象，力学性能下降。
　　2）与PLA相比，随h-BN、SP含量的提高，h-BN/PLA、SP/PLA复合材料的拉伸强度呈现先升高后降低的趋势，但断裂伸长率下降，向 PLA复合材料中引入10wt%热塑性聚氨酯(TPU)弹性体后，复合材料拉伸强度变化不大，断裂伸长率显著提高，且与h-BN或SP三元共混时的相容性得到明显改善。
　　二、偶联剂KH550、KH560改性h-BN、SP对聚酯基复合材料性能的影响
　　1）KH550、KH560接枝在h-BN、SP表面，提高了粒子与PBS基体的相容性，团聚现象得到明显改善。改性h-BN、SP粒子的加入，PBS的晶型不发生改变。与PBS相比，拉伸强度与断裂伸长率明显提高，当KH550改性h-BN、SP添加量分别为6wt%和3wt%时，复合材料综合力学性能、耐热性能最优，但改性粒子添加量过高时，在PBS基体中出现团聚现象。
　　2）KH550、KH560改性h-BN、SP粒子后，同样改善了粒子与PLA基体的相容性。研究发现改性粒子加入后，PLA的晶型不发生改变，随h-BN、SP添加量的提高，拉伸强度与断裂伸长率呈现先升高后降低的趋势，当KH550改性h-BN、SP添加量分别为3wt%和2wt%时，复合材料综合力学性能、耐热性能最优，但粒子添加量过高时，PLA基体出现团聚现象。
　　三、改性h-BN、SP/聚酯基复合材料热分解动力学研究
　　1）改性h-BN、SP加入后，PBS、PLA基复合材料的热稳定提高，由于h-BN、SP热分解温度高，因而聚酯基复合材料仅表现出自身的热分解过程。当h-BN-KH560添加量为3wt%时，PBS基复合材料耐热性最优，热分解动力学研究表明，h-BN加入后，PBS基复合材料的表观活化能提高了24.62 kJ/mol，lnA增大。当SP-KH550添加量为3wt%PBS复合材料耐热性最佳，PBS复合材料的表观活化能可提高24.48kJ/mol，lnA无明显变化。
　　2）PLA基复合材料热分解过程出现PLA和TPU两个阶段的热分解过程，当h-BN-KH560添加量为4wt%时，PLA基复合材料耐热性最优，复合材料的表观活化能提高了25.49kJ/mol，lnA增大。当SP-KH550添加量为3wt%时， PLA基复合材料耐热性最佳，复合材料的表观活化能、lnA略微增大。
　　3）研究发现h-BN在聚酯基体中起成核作用，使得PBS和PLA晶粒细化、结晶速率加快，结晶度增大，导致热稳定提高，而SP的成核作用不明显，其主要充当耐高温增强材料，使得体系热稳定性提高。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1前言

1.1概述

1.2可生物降解聚酯

1.3氮化硼BN

1.4海泡石SP

1.5无机粒子/脂肪族聚酯复合材料的研究进展

1.6选题的目的和意义

2 氮化硼、海泡石改性PBS复合材料

2.1实验部分

2.2测试与表征

2.3结果与讨论

2.4 小结

3氮化硼、海泡石改性PLA复合材料

3.1 实验部分

3.2测试与表征

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4氮化硼、海泡石对PBS、PLA的热分解动力学研究

4.1实验部分

4.2测试与表征

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5结论

5.1 小结

5.2创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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