粒子表面特性对PLA/SiO2流变行为及其中PLA结晶结构和结晶行为的影响

摘要

本文选用聚乳酸(PLA)为基材，通过熔融共混填充两种表面特性结构不同但颗粒半径R相等且小于PLA分子链旋转半径Rg的二氧化硅粒子（表面均为羟基的A200和表面羟基以50％比率被烷基化的R974），制备了两种界面相互作用不同的复合材料PLA/A200和PLA/R974，考察了所构造不同界面相互作用大小对复合材料流变行为和其中PLA的结晶行为和结晶结构的影响。
　　对PLA/A200和PLA/R974的流变行为进行的研究结果显示，两种材料在线性粘弹性及稳态剪切流变行为上均存在巨大差异。PLA/A200容易从粘性行为向类固体行为转变，粘度在低剪切速率下随粒子体积分数的增加符合指数模型。PLA/R974在低体积分数下粘度降低，而在高体积分数下符合Krieger-Dougherty模型。两种界面特性不同的复合材料在流变行为上的差异，可归因于粒子表面特性不同造成粒子-聚合物间相互作用能及排斥能发生了改变，进一步的分子动力学模拟证实了这一点。正是基于复合材料界面上较弱的相互作用，PLA/R974在低填充分数下表现出了粘度降低现象。
　　进一步考察了两种不同表面特性的粒子对复合材料中PLA结晶结构和结晶行为的影响。同步辐射WAXS结果显示，不论表面为羟基的A200粒子或表面羟基部分甲基化后的R974粒子，都没有改变复合材料中PLA的晶型;采用DSC进行等温结晶动力学研究得到的结果显示，添加R974后，实验温度范围内的PLA半结晶时间t1/2均长于纯PLA，表明R974的加入可减慢PLA的结晶，界面相互作用更强的A200的加入在更大程度上减慢了PLA结晶，且等温结晶过程中得到Avrami指数n及K显示，高温下等温结晶过程早期存在一个不完善的结晶过程，暗示整个等温结晶过程存在两个发展阶段;由同步辐射SAXS得到的结果表明，获得的不同复合材料，添加A200粒子的复合材料中PLA的长周期L、片晶厚度Lc及非晶区厚度La均大于纯PLA及添加R974粒子的复合材料中PLA的对应参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 粒子对聚合物的增强

1．2．1 粒子大小或表面曲率对聚合物吸附构象的影响

1．2．2 粒子增强机制

1．2．3 粒子表面接枝

1．3 粒子导致聚合物体系粘度降低

1．3．1 相对分子质量及粒子尺寸影响

1．3．2 自由体积或缠结状态改变

1．3．3 相互作用或溶解度影响

1．4 粒子对聚合物结晶行为的影响

1．5 课题提出及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料及仪器

2．2 样品的制备

2．3 测试方法

2．3．1 红外光谱测试

2．3．2 核磁共振碳氢谱测试

2．3．3 相对分子质量测试

2．3．4 流变性能测试

2．3．5 微观形貌测试

2．3．6 等温及非等温结晶动力学测试

2．3．7 力学性能测试

2．4 PLA的分子链结构分析

第三章 粒子表面特性对PLA／SiO2复合材料流变行为的影响研究

3．1 流变学基础

3．1．1 线性粘弹性

3．1．2 非牛顿流体剪切依赖粘度

3．1．3 悬浮体系流变学

3．2 Materials studio分子动力学基本原理

3．3 不同表面特性SiO2在PLA／SiO2复合材料中的分散

3．4 不同界面特性PLA／SiO2复合材料的流变行为

3．4．1 线性粘弹性行为

3．4．2 稳态剪切流动行为

3．5 PLA和SiO2粒子间相互作用分析

3．5．1 分子动力学模拟

3．5．2 玻璃化转变温度

3．5．3 拉伸性能

3．6 不同表面粒子对PLA／SiO2粘度影响机制讨论

3．7 本章小结

第四章 粒子表面特性对PLA／SiO2复合材料中PLA结晶结构和结晶行为的影响研究

4．1 引言

4．2 粒子表面特性对PLA／SiO2复合材料中PLA结晶结构的影响

4．2．1 不同表面特性SiO2对PLA晶型的影响

4．2．2 不同表面特性SiO2对PLA片晶结构的影响

4．3 粒子表面特性对PLA／SiO2复合材料中PLA结晶行为的影响

4．3．1 对等温结晶行为的影响

4．3．2 对非等温结晶行为的影响

4．4 本章小结

第五章 全文主要结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢