增容纳米纤维素/聚乳酸复合材料的制备与性能

采用接枝共聚法制备了马来酸酐和丙烯酸丁酯双单体接枝聚乳酸（PLA）共聚物（mPLA）,然后以mPLA为增容剂,通过溶液浇铸法制备纳米纤维素（NCC）/PLA复合材料。采用SEM、DSC、TG、广角X射线衍射（WXRD）、力学和降解性能测试研究了mPLA对NCC/PLA复合材料的结构和性能的影响。结果表明:mPLA在PLA与NCC之间起到了良好的界面增容作用,促进了NCC在PLA基体中的分散。更精细分散的NCC促进了PLA的结晶成核,复合材料的结晶温度降低,结晶度提高;NCC/mPLA/PLA复合材料的力学性能随着mPLA含量增加呈先上升后下降的趋势,当mPLA含量为8%时,复合材料的拉伸强度和弹性模量与未添加mPLA的复合材料相比,分别提高了30.2%和41.4%;亲水性的NCC加速了NCC/PLA复合材料的降解,加入mPLA后,复合材料的降解速率有所减慢,但仍然快于纯PLA的降解。      

POE-g-MA对纳米CaCO_3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响

以纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO_3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO_3含量达到15wt%,Nano-CaCO_3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt%POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO_3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的剪切黏度。     

改性HA/PLA纳米复合材料的制备及其性能

以Ca(OH)2和H3PO4为原料,采用冷冻干燥技术制备纳米羟基磷灰石(n-HA),并在其表面接枝聚乳酸(PLA),得到改性的纳米羟基磷灰石(g-HA),采用XRD及FTIR进行表征;借助超声分散用溶液共混法制备g-HA/PLA和n-HA/PLA纳米复合材料。并采用弯曲性能测试、DMA和POM对其力学性能和结晶性能进行表征。结果表明g-HA作为良好的相容剂和异相成核剂,对g-HA在PLA基质中分散性的提高和纳米复合材料界面粘结强度的提高起到了良好的作用,g-HA/PLA纳米复合材料的弯曲模量、玻璃化温度和储能模量均有显著的提高。所采用的制备方法简便易行,具有潜在的工业应用前景。     

聚乙二醇增塑PLA/La-OMMT纳米复合材料的制备及性能研究

为改善聚乳酸(PLA)性脆、断裂形变小、韧性差、热稳定性差等问题,采用稀土镧表面改性有机蒙脱土(La-OMMT)对聚乳酸(PLA)进行熔融插层改性,并利用聚乙二醇400(PEG-400)进行增塑改性,最终制备出聚乙二醇增塑聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料PLA/La-OMMT/PEG-400.实验结果表明,La-OMMT的加入,提高了复合材料的拉伸强度、弯曲强度和无缺口冲击强度,而PEG-400的加入,在保证复合材料具备一定强度的前提下,显著提高了复合材料的韧性和断裂伸长率.XRD,TEM和SEM结果表明,La-OMMT主要以剥离状态分散在PLA基体中,且La-OMMT和PEG-400的加入,使材料拉伸断面由脆性断裂向韧性断裂转变,由此扩大了PLA的应用范围.     

植物纤维增强PLA-EAA复合材料的制备与性能

开发新型环保材料以替代塑料已成为解决当前环境问题的主要途径,聚乳酸(PLA)虽然拥有良好的强度,而其较差的韧性极大地限制了其应用.针对此缺陷,本文以乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)为增韧组分,蒸汽闪爆处理后的稻草纤维(SF)为增强组分加入PLA中,通过熔融挤出制备得到了不同原料配比的PLA/EAA/SF复合物,并通过对复合材料形态、热性能及力学性能的表征分析了EAA和植物纤维的加入及用量对复合材料性能的影响.研究结果表明:EAA用量的增加有效提高了复合物的韧性,但其强度低且抑制了聚乳酸的结晶进而使得复合物强度大幅降低;植物纤维的加入既体现明显的增强效果,又起到了连接两相作用,有利于EAA在PLA中的均匀分散,尤其是在高EAA含量的体系中,植物纤维加入还具有增韧效果;同时,EAA的加入还有利于改善复合材料的熔体流动性.当PLA/EAA/SF质量比为60/40/10时,复合材料冲击强度和断裂伸长率较纯PLA提高约15%和65%,且具有良好的力学性能及加工性.     

PLA/MgAlCu-LDH复合材料的制备、表征及性能研究

用溶液插层法制备了PLA/MgAlCu-LDH共混溶液,通过涂膜法制备了不同MgAlCu-LDH含量的PLA/MgAlCu-LDH复合膜,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、力学性能测试仪器对制备的复合膜的形貌、结构及性能进行测试表征。结果表明:部分PLA分子链插入到MgAlCu-LDH片层间隙中,使得MgAlCu-LDH层间距变大,MgAlCu-LDH作为插层剂对整个共混聚合物的韧性和强度有明显的影响;PLA/MgAlCu-LDH复合材料的杨氏模量随MgAlCu-LDH含量的增加而增加,加入少量MgAlCu-LDH时PLA/MgAlCu-LDH复合材料的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率均增加,在室温下拉伸时,PLA/MgAlCu-LDH 3%(质量分数)复合材料的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别比PLA提高14.5%、11.5%和23.7%。     

疏水性气相SiO2改性环氧树脂的耐电晕性能

采用砂磨机将疏水性气相SiO₂纳米粒子分散到无溶剂环氧树脂（Epoxy,EP）中,经加热固化后制备了不同掺杂量的疏水性气相SiO₂/EP复合材料,通过XRD检测和SEM表征,证实疏水性气相SiO₂纳米粒子以无定形态均匀分散在EP中。疏水性气相SiO₂/EP复合材料的理化性能测试结果表明:其热稳定性、介电常数、介电损耗和电导率均随纳米SiO₂粒子掺杂量的增加而有所升高;纳米SiO₂粒子掺杂量为2wt%时,击穿场强达到最大值为24.66 kV/mm,较纯EP材料提高了21.35%;疏水性气相SiO₂/EP复合材料耐电晕寿命随纳米SiO₂粒子掺杂量增加而增加。在室温、80 kV/mm电场强度下,纳米SiO₂粒子掺杂量为8wt%时,疏水性气相SiO₂/EP耐电晕寿命可达42.7 h,是纯EP的18.9倍。      

PLA与NCW复合包装薄膜的形貌与性能研究

为了改善生物可降解包装膜聚乳酸(PLA)的脆性,提高其阻隔性能,制备PLA/纳米微晶纤维素晶须(NCW)复合包装薄膜。采用流延法制备不同配比的PLA/NCW可降解复合包装薄膜,研究复合薄膜的表面形貌、力学性能和阻隔性能等。通过原子力显微镜测试(AFM)可看出NCW在PLA基中的分散情况随着NCW含量的增加而变得不均匀,导致膜表面变得粗糙。力学性能测试表明,当NCW含量为1wt%时,复合薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、拉伸模量达到最大值。通过阻隔性能测试发现,随着NCW的加入,复合薄膜的水蒸气和氧气渗透性降低。透光度测试结果说明,加入NCW使复合薄膜的透光率减低。PLA/NCW可降解复合薄膜最佳配比为1wt%。     

乳酸低聚物改性的纳米碳酸钙对聚乳酸性能的影响

采用直接缩聚法制备了乳酸低聚物,用该物质对纳米碳酸钙(CaCO₃)进行改性,得到改性纳米碳酸钙(g-CaCO₃)。将g-CaCO₃与聚乳酸(PLA)通过溶液共混制备了g-CaCO₃/PLA复合材料。通过FTIR、吸油值等对g-CaCO₃进行了表征,并采用SEM、DSC、万能试验机、流变测试仪、透湿仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-AIR)分光光度计研究了g-CaCO₃对PLA结构和性能的影响。结果表明,乳酸低聚物的改性降低了CaCO₃的吸油值,改善了CaCO₃与PLA的界面相容性,促进了CaCO₃在PLA基体中的分散;同时,g-CaCO₃在PLA基体中起到成核剂的作用,改善了PLA材料的结晶能力;随着g-CaCO₃添加量的增加,g-CaCO₃/PLA复合材料的拉伸强度和断裂延伸率呈先上升后下降的趋势,当添加5wt%的g-CaCO₃时,拉伸强度比5%CaCO₃/PLA复合材料高50%,比纯PLA高20%,当添加量达到10wt%时,拉伸强度仍比纯PLA高出13%;加入g-CaCO₃能够提高复合材料的储能模量和复数黏度;此外,g-CaCO₃的加入,提高了PLA材料对紫外可见光和水蒸气的阻隔性能。      

纤维素纳米晶/聚乳酸复合材料的制备与性能

用酸解法制备了纤维素纳米晶(CNC),然后用醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯通过自由基聚合的方法对CNC进行包覆改性,制得改性纤维素纳米晶(m-CNC),再将m-CNC和聚乳酸(PLA)通过溶液浇注法制备复合材料。利用透射电子显微镜、红外光谱、扫描电子显微镜、广角X射线衍射、力学和降解性能测试研究了m-CNC/PLA复合材料的结构与性能。结果表明,酸解法制备的棒状CNC直径约为5 nm~26 nm,长度约为40 nm~380 nm。随着m-CNC含量的增加,m-CNC/PLA复合材料的拉伸强度呈上升趋势,当m-CNC的含量为8%时,m-CNC/PLA复合材料的拉伸强度与纯PLA的相比增加了43.3%。在PLA中加入适量的CNC或m-CNC,PLA的结晶度提高而晶粒尺寸减小。m-CNC的加入减缓了m-CNC/PLA复合材料在模拟体液中的降解速率,但加速了其在土壤中的降解。     

MAH/GMA共接枝聚乳酸对木粉/PLA复合材料性能的影响

采用熔融接枝法分别制备马来酸酐接枝聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸和马来酸酐/甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝聚乳酸,并利用红外光谱对接枝共聚物进行结构表征。分别以三种接枝共聚物为相容剂,采用注塑成型制备了木粉/PLA复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断面形貌进行微观分析,结果表明,加入不同接枝共聚物后木粉/PLA复合材料两相看不出明显相界面,界面相容性得到改善。对不同接枝共聚物制备的复合材料的力学性能、加工流动性能和动态流变性能测定的结果显示,加入MAH/GMA共接枝聚乳酸后的木粉/PLA复合材料和未添加相容剂的复合材料相比,拉伸强度和冲击强度分别提高了9.54%和7.23%,复合体系的平衡扭矩和剪切热提高,储能模量及复数黏度均增大。     

纳米Sb2O3增强聚丙烯基复合材料力学性能

通过球磨分散法和熔融共混法制得纳米Sb₂O₃/溴化环氧树脂-聚丙烯（BEO-PP）阻燃复合材料试样。采用XRD、DSC、拉伸和冲击性能测试,研究了纳米Sb₂O₃/BEO-PP阻燃复合材料的力学性能及其增强机制。研究结果表明：采用球磨法改性后的纳米Sb₂O₃颗粒在PP基体中的分散性和黏结性能得到明显改善;纳米Sb₂O₃颗粒的加入可改善PP基复合材料的强韧性;随着纳米Sb₂O₃质量分数的升高,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料的力学性能呈现出先升后降的趋势,PP基体的结晶度逐渐增高;当纳米Sb₂O₃颗粒添加量为2wt%时,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料表现出优异的综合性能。     

乳液共混法制备微纤化纤维素/聚乳酸生物复合材料及性能

为了提高聚乳酸(PLA)的韧性和刚性,扩大应用范围,分别以PLA为基体,微纤化纤维素(MFC)为增强材料,通过乳液共混法制备出MFC/PLA生物复合材料。采用扫描电镜、偏光显微镜和万能电子试验机等研究了复合材料的断面形貌、球晶形态和力学性能等。结果表明,通过乳液共混法可将MFC均匀分散在PLA基体中制备MFC/PLA生物复合材料;适量MFC可显著细化PLA的球晶尺寸,提高PLA的力学性能。当MFC质量分数为0.6%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和缺口冲击强度分别较纯PLA提高了15.6%、21.1%、30.6%和53.6%。     

木质素磺酸铵对聚乳酸/木纤维可生物降解复合材料力学与热性能的影响

为探讨生物质资源改善复合材料的界面及综合性能的可行性,以木纤维(WF)为基体,聚乳酸(PLA)为增强体,添加氧化改性木质素磺酸铵(OMAL),采用高速混合-平板热压工艺制备环境友好型OMAL-PLA/WF复合材料。研究了OMAL对OMAL-PLA/WF复合材料力学和热性能的影响。结果表明:在WF与PLA质量比为7∶3的复合体系中,OMAL对提高OMAL-PLA/WF复合材料的静曲强度、弹性模量以及内结合强度具有促进作用。OMAL添加量为15wt%~20wt%时,OMAL-PLA/WF复合材料的力学性能最好;当OMAL添加量为20wt%时,与PLA/WF对照样相比,OMAL-PLA/WF复合材料的热分解起始温度降低45℃,热分解速率特征峰温度提前107℃,残渣量增加5.3%,玻璃化转变温度、冷结晶温度和熔融温度均向低温方向移动,储能模量和损耗角正切值增大,玻璃态阶段的热稳定温度范围提高约20℃。     

聚乳酸/聚乙二醇/羟基磷灰石多孔骨支架的3D打印制备及其生物相容性

聚乳酸(PLA)是一种应用广泛的生物高分子材料,但在应用过程中存在韧性、亲水性、生物活性差等缺点。用聚乙二醇(PEG)和羟基磷灰石(HA)对PLA进行改性。通过熔融共混制备不同质量比的PLA/PEG/HA复合3D打印线材,并通过分析PLA/PEG/HA线材的力学性能、结晶性能、热性能、流变性能等,筛选更适合熔融沉积成型(FDM)的3D打印成型线材,进而利用3D打印制备精度高的力学性能试样及生物相容性好、细胞可增殖和分化的生物多孔支架。结果表明:PEG的添加提高了PLA的韧性,降低了PLA的熔点。HA的添加则提高PLA/PEG/HA复合材料的弹性模量和冷结晶温度,同时HA也可以改善复合材料的加工性能。SEM与荧光标记结果表明多孔支架与细胞具有良好的生物相容性。生物支架对体外细胞的成功培养,为进一步发掘生物多孔支架在动物体内、生物医学及定制化应用方面提供了潜在可能。     

纳米二氧化钛含量对秸秆/聚乳酸复合材料性能的影响

目的 为改善纤维增强聚乳酸(PLA)复合材料增强相与基体相之间差的界面结合。方法 以秸秆粉(SP)为填料,纳米二氧化钛(TiO2)作为界面改性剂,构建SP/PLA复合材料相容界面,通过力学性能测试、吸水率测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析法(TGA)等表征手段,探究不同含量纳米二氧化钛对SP/PLA复合材料力学性能和界面相容性的影响。结果 研究发现,纳米二氧化钛的质量分数为2.0%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别达到42.78 MPa和91.25 MPa,其耐水性能、结晶度、耐热性能也达到最好。结论 纳米二氧化钛可有效提高秸秆/聚乳酸复合材料的性能。     

竹纤维增强聚乳酸复合材料热老化性能

采用氢氧化钠和异氰酸酯处理的界面调控方法对竹纤维(BF)增强聚乳酸(PLA)复合材料界面进行调控,通过注射成型工艺制备BF/PLA复合材料。利用FTIR、XRD、凝胶渗透色谱及SEM等分析手段研究了BF/PLA复合材料热老化性能。研究发现: 热老化过程中PLA分子链中的C O不断水解,分子链的C—O断裂生成聚合度更低的小分子量的PLA,PLA结晶度减小,PLA与BF的接合界面被破坏,拉伸强度和冲击强度随老化时间的增加逐渐降低。BF/PLA复合材料在80℃热老化16天后拉伸强度和冲击强度分别降低了75%和77.6%,在100℃热老化32 h后拉伸强度和冲击强度分别降低了80.3%和83.4%。温度对BF/PLA复合材料老化影响显著,温度越高,老化速度越快。     

MAH对干法酯化淀粉/PLA复合材料性能的影响

以玉米淀粉和马来酸酐(MAH)为原料,通过干法合成MAH酯化淀粉,通过熔融挤出法制备酯化淀粉/聚乳酸(PLA)复合材料.研究了MAH用量对复合材料结晶度和相容性的影响,同时考察了相容性和结晶度的变化对复合材料热性能、熔融流动性能、力学性能、耐水性能和流变性能的影响.FTIR结果证明通过干法成功合成了MAH酯化淀粉.酯化淀粉的取代度随MAH用量增多逐渐增大,反应效率高达90%.XRD和DSC结果表明:随着MAH用量增多,酯化淀粉/PLA复合材料的结晶度逐渐降低,淀粉和PLA的相容性逐渐提高.结晶度的降低和相容性的提高使复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,熔融流动性提高,耐水性提高.在力学性能和流变性能受相容性和结晶度的共同影响下,酯化淀粉中MAH用量从0增加到1.0wt%时,复合材料拉伸强度、弯曲强度、储能模量和复数黏度都逐渐增大,MAH用量超过1.0wt%后,性能逐渐降低.     

基于纳米压痕法的羟基磷灰石/聚乳酸复合材料力学性能表征

采用准静态和动态纳米压痕技术研究了羟基磷灰石/聚乳酸（HA/PLA）复合材料在微纳尺度的表面力学性能。在静态模式下研究了保载和卸载时间对模量和硬度测试结果的影响。结果发现,当保载时间小于45 s时,由于蠕变使保载和卸载时间对测试结果产生显著影响;保载时间短且卸载时间长时,在卸载段会形成"鼻子",为了避免"鼻子"选择保载时间为45 s。在动态模式下研究了材料的动态力学性能,结果表明,存储模量和硬度均随着压入深度的增加而减小。压痕和划痕实验结果均表明：HA显著提高了PLA的力学性能,与纯PLA相比,9wt% HA/PLA复合材料的模量增加了35.5%,硬度增加了44.7%,蠕变深度下降了9.5%,相同载荷下的最大划痕深度和残余深度均小于纯PLA,表现出良好的弹性恢复能力和抗变形能力。