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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。