三聚氯氰--油脂基胺改性聚乳酸/木粉复合材料的制备与性能研究

摘要

木粉是一种可再生的生物质原料，聚乳酸(PLA)是一种绿色环保的高分子材料，使用两者制备复合材料有着很好的环境效益和经济效益。但PLA/木粉复合材料存在相容性差、熔体流动困难以及脆性大等问题，这些已成为PLA/木粉复合材料研究和应用中必须考虑的问题。本文使用具有梯级反应温度性质的三聚氯氰(TCT)对杨木粉(RWF)进行表面修饰改性，制备了三聚氯氰改性木粉(TWF)，利用其和油脂基胺的较高反应活性改性复合材料。使用TWF和油胺(OAM)分别通过溶液接枝法和反应挤出接枝法制备增容复合材料。使用聚乙烯亚胺(PEI)和蓖麻油(CO)通过胺解反应制备了蓖麻油基多元胺聚合物(PC)，并通过反应挤出法制备了PLA/TWF/PC复合材料，获得了良好的增容、增韧和增塑效果。 使用具有梯级温度反应活性的三聚氯氰(TCT)在0～5℃的反应温度下对木粉(RWF)进行表面改性，制备了表面含活性氯的改性木粉(TWF)。红外光谱分析表明TWF表面具有三嗪环结构。利用元素分析与滴定分析的方法分别测定了改性木粉表面N元素和Cl元素的增加量。使用TWF在80℃的反应温度下，与OAM进行接枝反应制备了TWF-g-OAM。红外光谱分析表明TWF-g-OAM表面具有OAM的长链烷基结构。 PLA/TWF-g-OAM复合材料的力学强度总体优于PLA/RWF复合材料和PLA/TWF复合材料，显示出TWF-g-OAM与PLA具有较好的相容性。复合材料熔体流动性分析表明，PLA/TWF-g-OAM复合材料的熔体流动速率(MFR)稍低于PLA/RWF复合材料和PLA/TWF复合材料。接触角测试表明TWF在表面接枝OAM后有益于复合材料表面疏水性的改善。 借助TWF上第三个氯在共混挤出温度下的反应活性，使用TWF与OAM在PLA体系中进行反应挤出制备复合材料。红外光谱表明，在反应挤出过程中，TWF接枝上了OAM。在相同OAM用量下，PLA/TWF/OAM复合材料与PLA/RWF/OAM复合材料相比有更好的拉伸强度和弯曲强度，表明TWF和OAM配合体系对复合材料起到了增容作用。在相同木粉用量下，PLA/TWF/OAM复合材料的熔体流动速率要大于PLA/RWF复合材料，显示复合材料加工性能的改善。 动态力学性能(DMA)测试和差示扫描量热(DSC)测试表明，在相同OAM用量下，PLA/TWF/OAM复合材料与PLA/RWF/OAM复合材料相比具有较高的玻璃化转变温度。接触角测试表明，在OAM用量相同的情况下，PLA/TWF/OAM复合材料的接触角整体高于PLA/RWF/OAM复合材料，且相对于PLA/TWF复合材料和PLA/RWF复合材料有明显提高。 使用PEI和CO制备了蓖麻油基多元胺聚合物(PC)，红外光谱分析证实了PEI与CO发生了胺解反应。使用PC对PLA/木粉复合材料进行改性，与CO、环氧大豆油(ESO)、邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)以及聚己内酯(PCL)改性的复合材料在力学性能、熔体流动性能以及疏水性等方面进行比较。以PC-8为改性剂改性的复合材料，综合力学性能要明显优于其他改性剂改性的复合材料。使用PC改性的复合材料相比其他改性剂，复合材料的MFR明显更高，共混扭矩较小，显示出更好的加工性能。使用PC-8改性的复合材料接触角提升较为明显，显示出复合材料具有较高的表面疏水性。 使用TWF与PC在PLA体系下进行反应挤出制备复合材料，红外光谱分析表明，在反应挤出过程中PC能在TWF表面实现接枝。PLA/TWF/PC复合材料的整体力学性能和疏水性要优于PLA/RWF/PC复合材料，而MFR小于PLA/RWF/PC复合材料。 DMA测试表明，PC改性的复合材料相比未改性的复合材料在玻璃态时有更低的储能模量。在相同PC-8用量时，PLA/TWF/PC-8复合材料的储能模量高于PLA/RWF/PC-8复合材料。随着PC-8用量的增加，复合材料玻璃态时的储能模量下降且tanδ值增大，表明复合材料内摩擦阻力增大，韧性获得改善。DSC测试表明，PC-8的加入使得复合材料Tg和Tm均有所降低。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2国内外研究进展

1．2．1生物质基热塑性复合材料的改性方法

1．2．2聚乳酸／可降解生物质原料的复合改性研究现状

1．3研究目标和研究内容

1．3．1研究目标

1．3．2主要研究内容

1．4研究技术路线

1．5主要创新点

第二章三聚氯氰改性木粉的制备及其接枝改性

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1原料和试剂

2．2．2仪器与设备

2．2．3三聚氯氰改性木粉的制备

2．2．4 TWF表面接枝OAM的制备

2．2．5 PLA／木粉复合材料的制备

2．2．6测试与表征

2．3结果与讨论

2．3．1 TWF和TWF-g-OAM的表征

2．3．2复合材料的测试和表征

2．4本章小结

第三章TWF／OAM反应挤出体系对复合材料性能的影响

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1原料和试剂

3．2．2仪器与设备

3．2．3反应挤出制备PLA／TWF／OAM复合材料

3．2．4测试与表征

3．3结果与讨论

3．3．1分离木粉的红外分析

3．3．2相对分子质量分析

3．3．3复合材料力学性能分析

3．3．4复合材料熔体流动性能分析

3．3．5复合材料动态力学性能分析

3．3．6复合材料差示扫描量热分析

3．3．7复合材料接触角测试

3．3．8 PLA／TWF／OAM复合材料的增容和增塑机理讨论

3．4本章小结

第四章TWF／蓖麻油基多元胺反应挤出体系对复合材料性能的影响

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1原料和试剂

4．2．2仪器与设备

4．2．3蓖麻油基多元胺聚合物的制备

4．2．4反应挤出制备PLA／TWF／PC复合材料

4．2．5测试与表征

4．3结果与讨论

4．3．1红外光谱分析

4．3．2 PC的伯胺基含量滴定分析

4．3．3 PC的相对分子质量分析

4．3．4从复合材料中分离的PLA相对分子质量分析

4．3．5复合材料力学性能分析

4．3．6复合材料熔体流动性能和共混扭矩分析

4．3．7复合材料接触角分析

4．3．8复合材料动态力学性能分析

4．3．9复合材料差示扫描量热分析

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢