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聚乳酸/改性微原纤纤维素复合材料制备及性能研究

杨波  
【摘要】:聚乳酸(PLA)作为一种来源于绿色植物资源的生物可降解材料,具有较高的力学强度及模量,并且透明性好,在包装、建筑、农业、交通运输和电子电器行业有广泛的应用。但是PLA本身具有成本高、脆性大、结晶速率慢、结晶度低和耐热性差等缺点,限制了其广泛应用。微原纤纤维素(MFC)作为一种纳米级植物纤维素,具有优异的增强性能和成核性能。MFC在与PLA复合时,能在提高材料强度和模量的同时,加快PLA的结晶速率。但MFC由纤维素多聚糖苷链组成,分子链上有大量氢键,分子间氢键作用较强,不易分散在PLA等疏水性有机聚合物基体中。本论文在前期研究基础上,将MFC表面进行酰化改性以提高其在PLA基体中分散性。并将酰化改性后的微纤化纤维素(MMFC)和PLA通过溶液浇注的方法制备复合材料,进一步考察了MFC酰化改性对材料力学性能、结晶行为等的影响。首先,选用乙酸酐(AA)和MFC通过酰化反应对MFC表面进行酰化改性,考察了反应时间对酰化反应的影响。酰化改性之后MMFC在氯仿溶剂中分散性显著提高,且酰化取代度随反应时间先显著提高然后趋于缓和。将不同酰化反应时间制备的MMFC与PLA通过溶液浇注的方法制备复合材料,研究发现酰化反应时间在2h以内时复合材料中MMFC成核性能和增强性能得到显著提升,酰化反应4h后时MMFC在复合材料中成核性能和增强性能明显下降。综合不同酰化时间MMFC取代度和MMFC复合材料力学性能及成核性能,选择最佳酰化改性时间为2h。其次,制备了MMFC不同含量的PLA复合材料,对其力学性能和熔融结晶行为进行了研究。研究发现MMFC在PLA基体中起到了显著地增强作用和成核作用,加入MMFC之后,复合材料力学性能和结晶度、结晶速率等都有明显提高。并通过对3wt%MFC的PLA复合材料和3wt%MMFC的PLA复合材料力学性能和等温结晶行为进行分析,考察了酰化改性对MMFC增强性能和成核能力的影响。研究发现酰化改性之后MMFC在基体中分散性得到提升,其增强性能和成核能力得到显著提升。MMFC增强PLA提高了材料的力学强度,结晶度和结晶速率,同时也提高了材料脆性。接下来为协同改善PLA脆性大、结晶度低、结晶速率慢等缺陷,利用MMFC的成核和增强作用以及EGMA的增韧作用对PLA进行协同改性,制备了PLA/MMFC/EGMA复合材料。在三元体系中,MMFC和EGMA在复合材料体系中均匀分散且EGMA和MMFC复合体系对材料的结晶能力和韧性有明显的改善作用。


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