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聚乳酸发泡材料的结晶调控与耐热性能研究

贾品  
【摘要】:聚乳酸(Polylactic acid, PLA)是一种来源于淀粉、马铃薯等自然资源的生物基高分子材料,被誉为是21世纪最有可能替代传统石油基聚合物的绿色材料之一。PLA存在两种旋光异构体—左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA),两者在熔融共混条件下能够生成一种高熔点高耐热性的立构复合物晶体(PLA Stereocomplex, PLASC)。近年来超临界二氧化碳辅助制备微孔发泡聚合物材料得到了人们越来越多的关注,采用超临界二氧化碳技术制备PLA微发泡材料能够有效地提高PLA基体的韧性及其耐热性能,进而拓宽其应用范围。本文采用超临界二氧化碳快速升温发泡方法,结合对聚乳酸均相晶体及立构复合物晶体结构的调控,探究了PLLA及PLLA/PDLA共混体系的结晶结构变化及其对发泡材料泡孔形态和耐热性能的影响,研究内容主要分为三个部分:首先,研究了CO2在聚乳酸基体中的溶解度和PLLA及PLLA/PDLA共混体系在高压CO2饱和及发泡条件下结晶结构的变化。研究表明:在一定的饱和压力条件下,CO2在聚乳酸基体中的溶解度随着压力的增大而增大。高压CO2饱和过程能够诱导PLLA及PLLA/PDLA共混体系形成一种亚稳相结构而对PLA SC晶体影响较小。同时,亚稳相结构的完善程度随着CO2饱和压力的增大而提高,并在后续的发泡过程中转化为更加稳定的晶体结构。进而,深入探究了聚乳酸结晶结构及CO2饱和压力等对发泡样品泡孔形态和耐热性能的影响。结果表明,随着PDLA的加入,由于形成了PLA SC晶体,PLLA/PDLA共混发泡样品的泡孔形态及耐热性能均比纯PLLA发泡样品有明显的改善与提高,而发泡样品的膨胀倍率略有降低。最后,为了进一步提高PLLA/PDLA共混发泡样品的膨胀倍率,采用发泡过程中原位诱导聚乳酸结晶,并探究其对发泡样品泡孔形态和耐热性能的影响。结果发现,发泡过程中可以原位诱导形成PLA SC及α晶体,并且与发泡温度紧密相关,而发泡时间对其影响较小。通过原位诱导形成PLA SC晶体而制备的PLLA/PDLA共混发泡样品的膨胀倍率、泡孔形态及耐热性能均比纯PLLA发泡样品有所改善与提高。通过上述对聚乳酸结晶结构与发泡行为及耐热性能的关联研究,实现了调控晶体结构以期改善发泡材料泡孔形态和耐热性能的目的,对耐热聚乳酸发泡材料的制备具有一定的借鉴意义。


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