聚乳酸及共混物蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究

摘要

聚乳酸(Pdy(lactic acid))是一种重要的商业化可生物降解高分子材料，由于其质脆，热稳定性和结晶性差等缺点而限制其广泛应用。本文将聚ε-己内酯(poly(ε-caprolactone))与聚乳酸共混，改善材料韧性，通过熔融插层法制备层状硅酸盐纳米复合材料，使材料力学性能、结晶性能、降解性能和热稳定性得到明显改善，对实际应用具有一定指导意义。 本文以改性蒙脱土，聚L-乳酸(PLLA)和聚ε-己内酯(PCL)为原料，采用熔融插层法制备PLLA/蒙脱土纳米复合材料和PLLA/PCL/蒙脱土纳米复合材料，系统研究不同蒙脱土和蒙脱土含量对PLLA及PLLA/PCL力学性能、结晶行为、降解性能和热性能的影响，并揭示改性蒙脱土对PLLA和PCL相容性的作用机理。 通过对有机蒙脱土进行二次改性得到二次功能化有机蒙脱土(twicefunctionalized organoclay(TFC))，并与普通烷基季铵盐改性蒙脱土(OMMTI.34TCN)进行对比实验，发现加入适当比例I.34TCN使PLLA和PLLA/PCL的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率得以提高，而TFC比I.34TCN作用更加明显。XRD和TEM等测试结果表明，聚合物插层进入有机蒙脱土层间，形成了插层型纳米复合材料。 运用平衡熔点降低理论，借助Nishi-Wang方程分别计算PLLA和PCL与I.34TCN及TFC相互作用大小，以此考察聚合物和有机蒙脱土相容性，揭示有机蒙脱土作用机理。结果表明，有机蒙脱土与PLLA的相容性比PCL更好；经过二次功能化的有机蒙脱土TFC与PLLA的相容性优于普通有机蒙脱土I.34TCN。 系统研究PLLA/TFC纳米复合材料和PLLA/PCL/TFC纳米复合材料的等温结晶行为。发现PLLA结晶速率受温度和有机蒙脱土双重因素影响，有机蒙脱土起异相成核剂作用，并加快成核速率和结晶生长速率，提高结晶度。然而TFC的片层结构和团聚效应影响了PLLA结晶的完整性，复合材料的PLLA球晶比纯PLLA球晶有明显缺陷，导致PLLA平衡熔点降低。 通过PBS缓冲溶液、去离子水和土埋三种方法，系统考察PLLA及其共混物纳米复合材料的降解行为。研究表明，加入有机蒙脱土促进PLLA水解，使材料降解速率明显加快。本论文研究PLLA及其共混物纳米复合材料的热性能，发现加入一定量有机蒙脱土使复合材料热性能和耐老化性能得到改善，软化点和初始热分解温度比纯聚合物有一定提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1聚乳酸树脂简介及发展概况

1.1.1聚乳酸简介

1.1.2聚乳酸的制备概述

1.1.3聚乳酸的基本性质

1.1.4聚乳酸的研究与应用现状

1.2聚乳酸／层状硅酸盐纳米复合材料研究进展

1.2.1聚乳酸／层状硅酸盐纳米复合材料的制备

1.2.2聚乳酸／层状硅酸盐纳米复合材料的性能

1.2.3可生物降解聚合物共混物／层状硅酸盐纳米复合材料研究进展

1.3本论文的目的、意义和创新点

1.4本论文主要内容和研究方法

第二章有机蒙脱土的优选与改性

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1主要原料

2.2.2实验仪器

2.2.3实验内容

2.3结果与讨论

2.3.1有机蒙脱土的优选

1.3.2有机蒙脱土的二次功能化

2.4本章小结

第三章有机改性蒙脱土与聚乳酸及其共混物的相容性研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器

3.2.3实验内容

3.3结果与讨论

3.3.1蒙脱土I.34TCN与聚合物的相容性

3.3.2蒙脱土TFC与PLLA的相容性

3.3.3蒙脱土的类增容剂行为

3.4本章小结

第四章聚乳酸及其共混物纳米复合材料制备及力学性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1主要原料

4.2.2实验仪器

4.2.3实验内容

4.3结果与讨论

4.3.1蒙脱土含量对聚乳酸力学性能的影响

4.3.2有机蒙脱土含量对聚乳酸／聚ε-己内酯共混物力学性能的影响

4.4本章小结

第五章聚乳酸及其共混物纳米复合材料的等温结晶行为研究

5.1前言

5.2实验部分

5 2.1主要原料

5.2.2实验仪器

5.2.3实验内容

5.3结果与讨论

5.3.1 PLLA／TFC等温结晶行为研究

5.3.2 PLLA／PCt／TFC等温结晶行为研究

5.3本章小结

第六章聚乳酸及其共混物纳米复合材料的降解性能研究

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1主要原料

6.2.2实验仪器

6.2.3实验内容

6.3结果与讨论

6.3.1 PBS缓冲溶液降解聚乳酸及其共混物纳米复合材料实验结果

6.3.2去离子水降解聚乳酸及其共混物纳米复合材料实验结果

6.3.3土埋法降解聚乳酸及其共混物纳米复合材料实验结果

6.4本章小结

第七章聚乳酸及其共混物纳米复合材料的热性能研究

7.1前言

7.2实验部分

7.2.1主要原料

7.2.2实验仪器

7.2.3实验内容

7.3结果与讨论

7.3.1耐热性实验

7.3.2热稳定性实验

7.4本章小结

第八章全文结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文及专利

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢