生物降解聚丙撑碳酸酯共混材料的结构与性能研究

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聚丙撑碳酸酯(PPC)是一种无定形的热塑性脂肪族聚碳酸酯,由CO2和环氧丙烷共聚而成的交替共聚物。鉴于其具有优良的生物相容性、生物降解性,透明度高,良好的加工性能、优异的气体阻隔性能以及机械柔韧性等优点,现已广泛应用于食品包装材料,生物组织工程、阻隔材料等领域。PPC的研发不仅可以减轻人们对于石油资源的过度依赖性,还可以避免废弃塑料对环境造成的白色污染以及CO2所产生的温室效应。但是,鉴于PPC玻璃化转变温度低,强度低,热稳定性差,严重限制了PPC在包装材料产业上的使用,故有必要对其性能进行改进。本文主要针对PPC玻璃化转变温度低,强度低,热稳定性差等缺点,利用熔融共混法制备性能优异的PPC共混材料。通过DSC、DMA、TGA、流变、拉伸、SEM等技术手段对PPC共混材料的微观结构和宏观性能进行表征,分析和总结PPC共混材料结构与性能的关系。本文获得的结果与结论如下:(1)通过熔融共混的方法制备了不同组分比例PPC/ESO共混材料,并详细研究了共混物的相形态、热性能、流变性能和力学性能。SEM表明ESO液滴分散在PPC基质中,呈两相结构,且两相间存在界面相互作用。共混物中PPC组分的Tg随着ESO含量的增加而增加,Tg由26.3 ℃升到了27.5 ℃。随着ESO含量的增加,PPC/ESO共混物的强度和断裂伸长率都得到了提高,当ESO含量为7 wt%,PPC/ESO共混物的屈服强度,断裂强度和断裂伸长率分别为13.8 MPa,12.7 MPa,848.9%,与纯PPC相比,分别提升了约16.9%,25.7%,13.7%。在流变测试中,在低频区域内,PPC/ESO共混物的G’、G’’和|η*|均有显著提高。在FTIR中环氧基团的消失说明了两相间的界面相互作用是由于PPC的端羟基和ESO的环氧基团发生开环反应造成的。随着ESO的引入,PPC/ESO共混物的热稳定性也有较为明显的提高,初始降解温度Tonset和最大热失重降解温度Tmax分别由264.2 ℃和280.5 ℃升高到了271.8 ℃和289.0 ℃。上述结果说明ESO与PPC之间的开环反应,使得两相间的界面相互作用得到提高,进而改善了PPC的性能。(2)利用熔融共混法制备了组分含量不同的PPC/PHBV纤维复合材料,并对PPC/PHBV纤维复合材料的微观结构、热性能、流变性能和力学性能进行详细研究。拉伸试验表明随着PHBV纤维含量的增加,PPC/PHBV纤维复合材料的杨氏模量和拉伸强度提高,当PHBV纤维含量为40 wt%时,其值分别为995Mpa,20.6 Mpa,说明PHBV纤维可以有效改善PPC的力学性能。复合材料中PPC组分的Tg随PHBV纤维含量的增加而升高,Tg由25.4 ℃升到了28.7 ℃。PPC/PHBV纤维复合材料的维卡软化温度(VST)随PHBV纤维含量的增大而增大,当PHBV纤维含量为40 wt%时,VST值是63.3 ℃,比纯PPC高出31.4 ℃,说明PHBV纤维可以有效地改善PPC材料的耐热性。流变试验表明,随着PHBV纤维含量的升高,在整个测试频率范围内,PPC/PHBV纤维复合材料的G’、G’’和|η*|均有显著提高,这是由于一方面PHBV纤维对PPC的增强作用,另一方面是由于PHBV纤维在PPC基质中形成了网络结构。SEM结果表明了PHBV纤维均匀分散在PPC基质中,且PPC与PHBV纤维之间界面结合性较好。总之,PHBV纤维是一种较好的增强剂,可以有效改善PPC的性能。
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