PLA/PHBV/GO复合材料及其熔喷非织造材料的结构与性能研究

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目前,熔喷非织造材料采用的原料以涤纶(PET)和丙纶(PP)为主,这类石油基材料不仅消耗大量能源,废弃后也无法降解,给能源和环境造成了双重负担。随着人们对能源和环境保护的重视,生物可降解材料已成为人们研究的热点。在众多可用于熔喷的可降解材料中,聚乳酸(PLA)和聚(羟基丁酸-羟基戊酸共聚酯)(PHBV)材料的研究较多,且加工技术也最为成熟。因此,本课题以PLA为基体,PHBV为增韧材料,氧化石墨烯(GO)为第三组分,采用熔融共混法制备了不同质量比的PLA/PHBV/GO复合母粒,在此基础上,采用熔喷法制备了PLA/PHBV/GO非织造材料,研究了非织造材料的结构和性能,以期为医疗卫生、过滤材料的开发提供理论依据。  通过熔融共混法制备了不同质量比的PLA/PHBV/GO复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和万能材料试验机对各组分复合材料的形貌、热行为、结晶结构和力学性能进行了研究。研究表明,GO片层穿插在PLA基体中,分散均匀,对PLA和PHBV有一定的增容作用;GO对PLA起异相成核作用,使PLA的结晶温度降低,促进复合材料结晶度的提高,但并不改变PLA的晶型结构;GO的添加提高了复合材料的断裂伸长率,但材料的拉伸强度均有所下降。综合考虑复合材料的力学性能,GO的含量为0.25wt%和0.5wt%时,复合材料既拥有较高的断裂伸长率,又能保持一定的拉伸强度。  对不同质量比的PLA/PHBV/GO复合材料进行了可降解性能研究,测试其在不同pH值的磷酸盐缓冲液中降解前后的质量损失率、吸水率、形貌、结晶和热性能变化。结果表明,PLA/PHBV/GO复合材料在碱性缓冲液中降解最快,酸性次之,中性最慢;PHBV的含量越高,复合材料在碱性缓冲液中降解越快,而在酸性和中性缓冲液中降解越慢;GO的添加促进复合材料的降解,可使降解速率有所提高;复合材料的结晶度随降解时间的延长先升高后降低,但其晶型结构并未改变;复合材料降解后,材料的熔融温度(Tm)都降低,且在碱性缓冲液中降解后Tm降低程度最大,酸性次之,中性最小。  通过熔喷加工工艺制备了不同质量比的PLA/PHBV/GO熔喷非织造材料。利用SEM、孔径仪、透气量仪、高效滤料试验台、DSC、万能材料试验机及抑菌圈法对该非织造材料的纤维表面形貌、孔径分布、透气性、过滤性能、热行为、力学性能和抑菌性能进行了分析研究。结果表明,纯PLA熔喷材料纤维直径较小,纤网较致密,PLA/PHBV/GO熔喷非织造材料纤维网结构较疏松,纤维平均直径变大且孔径较大;PLA/PHBV/GO熔喷材料的透气性较纯PLA熔喷材料好,但过滤效率有所降低;PLA/PHBV/GO熔喷材料的拉伸强度较纯PLA熔喷材料降低,但断裂伸长率提高;各组分熔喷材料对大肠杆菌的抑菌作用不明显,但质量比为90/10/0.5的熔喷材料对金黄色葡萄球菌有较好的抑菌效果。
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