1.2 研究现状
1.2.1 PLA纳米复合材料的研究现状
1.2.2 核壳结构NSRP的特点
NSRP用作PLA的填充改性材料可以有效地提高PLA的抗冲击性能,同时硅橡胶中硅元素的存在可以改善PLA的燃烧性能,有效改善PLA的熔滴现象。尽管达到纳米级的硅橡胶粒子与PLA混合时可以达到微观上的均匀混合,但是PLA的表面能很小,硅橡胶的表面能也较小,这导致二者之间不能形成良好的界面结合,从而使得PLA的部分机械性能反而下降[28]。如果给硅橡胶“穿上”一个保护层,这个保护层能够与PLA有较好的相容性,形成良好的界面结合,则NSRP的改性效果会大大加强。本研究中,采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为壳层与硅橡胶形成核壳结构,并用这种核壳结构纳米粒子改性PLA,改善其燃烧熔滴性能及其韧性。此外,由于粒子的尺寸为纳米级,可以起到成核剂的作用,提高PLA结晶度,补偿改性PLA的强度损失。
1.3 研究意义及内容
PLA具有与聚烯烃相当的拉伸强度和弹性模量,在自然环境中可以完全降解,可以由玉米、薯类、小麦等植物生产获得一系列的优点。但是PLA的韧性、耐热性、阻燃性较差,降解速度较慢,表面无活性基团,这些缺点限制了PLA的应用。由于石油化工聚合物的环境问题及可持续问题日益突出,PLA这类可降解、可再生聚合物的使用量在逐日增加。所以对于PLA材料的改性工作具有重要意义。
本文首先用种子乳液聚合方法合成了核壳结构NSRP,并对核壳粒子进行了结构表征、微观形貌观察以及热性能测试。接着单独添加不同量的核壳粒子到纯PLA中,改善了其结晶性能以及韧性。最后将核壳粒子和磷系阻燃剂复配使用改性纯PLA,改善了其燃烧熔滴现象,并较大地提高了其极限氧指数,在一定添加配比下韧性也有所提高。
2 核壳结构硅橡胶粒子的制备、结构表征及热性能研究
2.1 概述
硅橡胶是聚合物弹性体,将其填充与脆性材料PLA会形成海岛结构,PLA为连续相“海”,硅橡胶粒子为分散相“岛”。在PLA本体内部相当于存在大量的“小缺陷”,当PLA受到冲击力的作用时,“缺陷”将瞬间引发大量的银纹。银纹可以吸收大量的能量,与此同时,硅橡胶粒子横跨银纹两端,可以阻止其进一步发展成为裂缝,即阻止材料的破坏,提高材料的抗冲击性能。但是缺陷会造成应力集中,所以材料的强度预期将会略有下降。PLA的强度与一般通用塑料相当,但其韧性较差,是改性的重点。所以如果在其强度损失并不太大的情况下,能够改善其抗冲击性能将会很有意义。
橡胶增韧并不罕见,按理说硅橡胶直接用作增韧材料也应该可行。但是NSRP与PLA的表面能均很小,也就是说二者没有良好的相容性,其界面结合能力较弱,导致增韧效果不好[29]。所以考虑为硅橡胶粒子表面“穿上”一个保护层,这个保护层能够与PLA有较好的相容性,形成良好的界面结合。这个保护层就是PMMA。
使用硅橡胶粒子作为抗冲击改性剂,而不使用其它橡胶粒子作为改性剂的原因是硅元素对于PLA的燃烧性能有改善作用,可以有效改善PLA熔滴现象,可以与其它系列阻燃剂复配使用 [30,31]。 核/壳结构硅橡胶粒子制备及其改性聚乳酸研究(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_10327.html