小分子反应性增容PLA/PBS共混物结构和性能研究

作     者：蔡小琳 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭少贤;赵西坡

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚乳酸 聚丁二酸丁二醇酯 甲基丙烯酸缩水甘油酯 反应性共混 相容性 

摘      要：聚乳酸（PLA）是一种高模量、高强度的生物可降解热塑性聚酯,具有良好的生物相容性,是目前最有发展前景的环保材料之一,但性脆,结晶速率慢,限制了它在各领域的应用。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）力学性能优异,具有良好的生物可降解性,与PLA共混在提高材料力学性能的同时又能保证生物降解性。然而,PLA与PBS相容性差,使材料在应用方面受到限制。本论文通过在PLA/PBS共混体系中添加小分子作为反应性增容剂,共混过程中原位形成多官能团聚合物,实现PLA/PBS共混体系的增容,是一种简便高效、易于实现工业化的途径。本文将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）作为小分子反应性增容剂加入PLA/PBS共混体系。GMA在180℃混炼过程中先热聚合生成多官能团聚合物聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）,PGMA上的环氧基团与PLA或PBS的端基官能团反应生成PLA–PGMA–PBS交联或支化结构,提高了共混物的拉伸强度,但GMA热聚合产物复杂,随GMA的增多,混炼过程中形成大量副产物充当“增塑剂,降低了材料强度,却也同时增容了PLA/PBS共混体系。添加10%的GMA使PLA/PBS（70/30）共混物的断裂伸长率达465%,拉伸强度降至32MPa。形态学研究表明PBS颗粒在PLA基体中的尺寸减小,两相界面粘附增强。同时GMA的加入也降低了共混物中PLA和PBS的玻璃化转变温度（Tg）,并促进了PLA与PBS结晶。为使PLA/PBS/GMA共混体系中产生更多的PGMA多官能团聚合物,提高增容效率,在其中加入引发剂过氧化二异丙苯（DCP）。DCP在高温下分解为自由基,由于GMA含有双键且小分子运动能力强,优先进行加聚反应生成一定长度的PGMA自由基,与此同时,DCP分解的自由基从PLA或PBS的α-碳原子上提取氢原子生成新的自由基。三种自由基进行均相或非均相耦合反应,且PLA、PBS的端基官能团与环氧基团反应,使体系中生成更为复杂且庞大的PLA–PGMA–PBS交联或接枝共聚物,最终增大了共混物的强度和模量,并使两相相容性得到进一步改善。当DCP含量为0.3%时,体系粘弹性最好,两相界面粘附情况最好,综合力学性能最佳。通过XRD和DSC发现,体系中的交联或支化结构能作为成核点促进PLA结晶成核,但大大降低了PLA分子链的运动能力,不利于分子链重排,抑制晶体生长,此外,体系中过多的交联或支化结构主要表现为抑制PLA结晶。