乳酸原位聚合改性纳米纤维素的制备及应用

乳酸原位聚合改性纳米纤维,并和聚乳酸制备复合材料。先由64%硫酸水解微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素(NCC),再乳酸原位聚合接枝纳米纤维素得到改性后纳米纤维素(g-NCC),最后将g-NCC按0%~5%质量比与聚乳酸(PLA)共混,制成复合材料g-NCC/PLA。透射电子显微镜观察得到棒状纳米纤维素长度为100~200nm,直径为10~25nm,傅里叶变换红外光谱和核磁共振谱证明乳酸均聚物已接枝到纳米纤维素,复合材料性能分析表明g-NCC与PLA相容性比未改性NCC与PLA相容性好,g-NCC含量为2%时,复合材料拉伸强度可达到45 MPa,比纯PLA提高85%,结晶度提高10%。     

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。      

聚乳酸/纳米纤维素可降解食品包装薄膜的研究及其在西兰花保鲜中的应用

在能源危机和环境恶化的双重压力下,食品包装逐渐朝着节能环保方向转型。聚乳酸(PLA)因原料可再生且降解性能优异而成为绿色食品包装材料的主力军,用同样具有生物降解性的高强度填充粒子纳米纤维素(NCC)改性聚乳酸,不仅能获得一种高性能复合包装材料,而且还符合可持续发展的时代潮流。本文以聚乳酸为基材、纳米纤维素为改性剂、聚乙二醇(PEG)为界面相容剂,制备得到一系列可降解食品包装薄膜。研究了纳米纤维素含量对复合薄膜表面形貌、热性能、力学性能、渗透性能以及透光性能的影响,考察了不同薄膜包装对西兰花常温贮藏的保鲜效果,并探索了聚乙二醇和纳米纤维素对聚乳酸复合材料降解性能的影响及作用机理。主要研究结果如下:1.采用溶液浇铸法制备一系列不同纳米纤维素含量的聚乳酸/纳米纤维素复合薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察薄膜的表面形貌,发现当纳米纤维素添加量小于4wt%时可被聚乙二醇完全包裹并在聚乳酸中均匀分散……2.分别用纯聚乳酸薄膜、PLA/N0/P10复合薄膜以及PLA/N2/P10复合薄膜包装西兰花…….3.将纳米纤维素和聚乙二醇以不同比例与聚乳酸熔融共混制备聚乳酸/纳米纤维素复合材料,随后进行为期60天的模拟体液降解实验……     

改性纳米纤维素对聚乳酸热降解动力学行为影响研究

采用硅烷偶联剂(KH-570)对纳米纤维素进行表面硅烷化改性,通过溶液浇筑法制备了硅烷化纳米纤维素/聚乳酸复合膜材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)分析了硅烷化纳米纤维素的化学结构、微观形貌、聚乳酸基体中的分散情况和不同升温速率下聚乳酸复合材料的热降解行为机制。结果表明,硅烷化改性成功发生在纳米纤维素的表面,且在聚乳酸基体中分散性好。通过CR和IKR模型分析得出改性前后纳米纤维素对聚乳酸材料表现出不同的热降解机制。     

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。     

表面处理剂对滑石粉改性聚乳酸的影响

通过改变聚乳酸(PLA)基体中滑石粉(talc)的添加量,探索滑石粉的最佳含量。在最佳含量的基础上分别用钛酸酯、硅烷偶联剂KH550和十八胺对滑石粉进行改性,研究不同表面处理剂对滑石粉/聚乳酸复合材料性能的影响。通过力学性能、差热分析(DTA)、动态再结晶和扫描电镜(SEM)等一系列测试手段对复合材料性能进行表征分析。结果表明:滑石粉含量在1%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度达到最大值,为62.5MPa;滑石粉经硅烷偶联剂KH550改性后,复合材料的拉伸强度可进一步提高至72.1MPa。表面处理后,滑石粉/聚乳酸复合材料的结晶速率相比较处理前进一步得到提高。     

淀粉纳米晶/聚乳酸复合材料的制备与性能研究

以玉米淀粉为原料使用酸解法制备了淀粉纳米晶(SNC),然后以马来酸酐和丙烯酸甲酯为单体通过熔融接枝的方法对聚乳酸(PLA)进行接枝改性,制得改性PLA(mPLA),再将SNC、mPLA和PLA通过溶液浇注法制备复合材料。利用红外光谱、力学性能测试、扫描电子显微镜、广角X射线衍射、差式扫描量热-热重同步热分析研究了SNC/PLA复合材料的结构与性能。结果表明,在SNC/PLA复合材料中加入适量的mPLA,SNC与PLA的相容性改善,SNC团聚现象明显减少;随着mPLA含量的增加,SNC/PLA复合材料的拉伸强度先上升后下降,当mPLA的含量为12%时,SNC/PLA复合材料的拉伸强度与未加mPLA的相比增加了32.1%;加入mPLA后,PLA的结晶度提高而晶粒尺寸减小、热稳定性也有所提高。     

静电纺丝法制备PLA/CNCs纳米复合薄膜及其性能研究

采用静电纺丝法成功将纳米纤维素晶体(CNCs)植入聚乳酸(PLA)基体中,制备出网状结构的绿色纳米复合材料,并探讨了PLA/CNCs薄膜的微观形貌、结晶度、热学性能和机械性能随CNCs添加量的变化趋势。结果表明,随着CNCs添加量的增加,静电纺PLA/CNCs纳米复合材料薄膜珠状纤维减少,纤维直径增大;纳米复合纤维薄膜的结晶度提高了87.9%;纳米复合纤维薄膜的最大热解温度由369.36℃提升到380.02℃;纳米复合纤维的拉伸性能随CNCs添加量的增加而显著提高,CNCs添加量为11%(质量分数)时得到的最大拉伸力和拉伸强度最大分别为3.76N和4.58MPa,与纯PLA薄膜相比分别提高了289%和159%。     

热塑性乙酰化淀粉/聚乳酸的性能及形态

采用熔融共混的方法制备了热塑性乙酰化淀粉(TPAS)/聚乳酸(PLA)复合材料, 研究了TPAS/PLA复合材料力学性能、 热性能和形态结构。TPAS以乙酰化改性淀粉为基体, 甘油为增塑剂。实验结果表明: 随着TPAS含量的增加, TPAS/PLA复合材料韧性明显提高, 当TPAS加入量为40%(质量分数)时, 断裂伸长率提高4倍多, 同时TPAS的加入对复合材料的热稳定性影响不大。DSC、 DMTA和SEM分析结果表明, PLA与TPAS是不相容的。     

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。      

微波二步法合成纳米TiO_2/PLA复合材料及其表征

通过微波辐射技术,采用二步法合成纳米TiO_2/聚乳酸(PLA)复合材料,借助FT-IR、和SEM等技术对样品进行结构表征。结果表明,处理后的纳米TiO_2和PLA之间存在相互作用,能够均匀的分散在PLA基体中。另外,复合材料与纯PLA相比,断裂强度有所提高。     

粘胶纤维与Lyocell纤维增强聚乳酸复合材料的性能比较

以聚乳酸(PLA)为基体,分别采用粘胶纤维与Lyocell纤维这2种典型的再生纤维素纤维为增强纤维,通过熔融共混和注塑成型制备了再生纤维素纤维/PLA复合材料,并对这2种复合材料的性能进行了比较研究。结果表明,采用粘胶纤维或Lyocell纤维增强均可有效提高PLA复合材料的结晶度、力学性能和维卡软化温度。粘胶纤维的锯齿形截面有利于其与PLA基体的结合,因此粘胶纤维/PLA复合材料具有略高的冲击强度及拉伸强度。Lyocell纤维增强更有利于复合材料结晶度的提高,使得Lyocell/PLA复合材料具有更高的弹性模量和维卡软化温度。     

相容剂对长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体/聚乳酸复合材料性能的影响

采用熔体浸渍工艺制备长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/聚乳酸(PLA)复合材料;以苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(SAG)作为相容剂,热塑性弹性体聚氨酯作为增韧剂,聚乳酸为基体树脂,考察苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量对长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料性能的影响。结果表明,加入苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯能改善长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的相容性;长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度和模量等力学性能及储能模量随着苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量的增加呈先增加后降低的趋势,而长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的损耗因子则随苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯含量的增加呈现降低后增加的趋势;通过复合材料的形态分析表明,加入相容剂的复合材料中玻璃纤维与基体树脂界面强度增加,且玻璃纤维表面有一层包覆的树脂基体;通过分析得出,当相容剂添加量为6%时,长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量、缺口冲击强度等力学性能最优。     

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.     

PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料的制备与性能

为了制备具有优异强度与韧性的聚乳酸(PLA)复合材料,首先,将八聚(丙基缩水甘油醚)倍半硅氧烷(Ope-POSS)纳米粒子引入PLA中,并加入PLA接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PLA-g-GMA)作为增容增韧组分;然后,通过熔融共混法制备了PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料;最后,通过对复合材料形态结构、热性能、力学性能及疏水性的表征分析了Ope-POSS纳米粒子及PLA-g-GMA的加入对PLA复合材料性能的影响。结果表明:PLA-g-GMA的加入对Ope-POSS纳米粒子具有良好的增容效果,可使得Ope-POSS纳米粒子在复合材料中均匀分散;随着良好分散的Ope-POSS纳米粒子的数量增加,PLA复合材料的强度、热稳定性及疏水性均得到明显的提高,韧性也随PLA-g-GMA含量增加而得到改善;当PLA-g-GMA和Ope-POSS纳米粒子含量分别为PLA的4wt%和3wt%时,PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料性能最佳。所得结论为POSS杂化PLA复合材料的深入研究提供了理论指导。      

PLA/HNTs纳米复合材料的制备、性能及其发泡行为

采用熔融共混炼法制备交联改性聚乳酸(PLA)/埃洛石(HNTs)纳米复合材料,利用热重分析、差示扫描量热分析、偏光显微镜和流变仪对其热学性能、结晶、流变行为进行了研究,并采用超临界CO2流体技术进行微孔发泡,利用扫描电镜对泡孔形态进行了表征。结果表明:随着HNTs含量的增加,PLA/HNTs复合体系在高温下的热稳定性下降,结晶度由37.4%下降为28.0%,但异相成核效果明显,结晶速率提高,结晶时间由2h缩短为10min。同时,加入HNTs后,PLA/HNTs的熔体粘度显著增加,但随着HNTs含量的增多,PLA/HNTs纳米复合材料粘度增加的趋势逐渐趋缓。当HNTs含量为0.5wt%时,体系粘度达到最大值且发泡效果最佳,泡孔平均直径为21.23μm,泡孔密度达到1.08×109个/cm3。     

纳米纤维素晶体和柠檬酸改性聚乙烯醇薄膜的制备及性能

以球形纳米纤维素晶体(NCC)作增强相、柠檬酸作交联剂对聚乙烯醇(PVA)进行改性,制备了PVA/NCC纳米复合薄膜和柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜。通过热重分析、差热分析、吸水实验和拉伸实验考察了NCC的添加和柠檬酸的交联对薄膜热性能、耐水性和力学性能的影响。结果表明,与纯PVA薄膜相比,改性PVA薄膜的起始分解温度升高、熔融/结晶峰向高温方向移动、吸水率降低;只用NCC或柠檬酸对PVA改性时,所得PVA/NCC纳米复合薄膜、柠檬酸交联PVA薄膜的力学性能均对环境湿度敏感;同时用NCC(m(NCC)/m(PVA)=6/100)和柠檬酸(m(柠檬酸)/m(PVA)=3/100或m(柠檬酸)/m(PVA)=4.5/100)对PVA改性时,所得柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜的力学性能不随环境湿度变化。     

改性剂对纳米片状羟基磷灰石/聚乳酸复合材料性能的影响

分别采用硅烷偶联剂(SC)和硬脂酸(SA)对纳米层片状羟基磷灰石(LHAp)进行表面改性,并通过挤塑工艺制备未改性和两种改性纳米片状羟基磷灰石(np-HAp)增强聚乳酸(PLA) (np-HAp/PLA、SC-np-HAp/PLA和SA-np-HAp/PLA)复合材料。比较了三种复合材料的微观结构、力学性能、热稳定性、结晶性及润湿性。利用XRD、FTIR、XPS、SEM、TGA、DSC、力学性能测试和接触角测试对复合材料的理化性能进行表征。研究发现,np-HAp、SA-np-HAp与PLA界面处存在相分离,而SC-np-HA与PLA两相界面结合紧密;与np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA复合材料的压缩屈服强度和拉伸强度分别提高了9.4%和6.6%,而SA-np-HAp/PLA复合材料的压缩屈服强度和拉伸强度则出现减小;此外,与np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA和SA-np-HAp/PLA复合材料的初始分解温度分别提高了7.4%和5.6%,SC-np-HAp/PLA复合材料的结晶度提高了6.7%,SA-np-HAp/PLA复合材料的结晶度则减小了3.5%。水接触角测试结果表明,与np-HAp/PLA复合材料和SA-np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA复合材料具有更为优异的亲水性。上述结果表明,经SC改性后的np-HAp具有与PLA基体更好的界面结合能力,为制备性能优异的骨植入复合材料提供借鉴。      

聚乳酸/碳纳米管复合材料的冷结晶及热稳定性

采用熔融共混制备了聚乳酸/碳纳米管复合材料(PLA/CNTs)。利用透射电镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对复合体系的形态、冷结晶行为以及热稳定性进行了研究。结果表明,羧基化的碳纳米管均匀分散于聚乳酸基体中形成了纳米复合材料;PLA/CNTs复合体系不从熔体冷却结晶,但可以在较慢的升温过程中固态下冷结晶,CNTs的存在一定程度上阻碍了PLA基体的冷结晶;此外,复合体系的热稳定性与纯聚乳酸相比有所提高。     

纳米纤维素/聚丁二酸丁二醇酯母粒改性聚乳酸的结晶与力学性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增韧相,纳米纤维素(CNF)为增强相,采用不同的挤出温度,利用双螺杆挤出机熔融共混制备出一系列CNF/PBS母粒改性PLA复合材料。采用扫描电子显微镜、广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜和万能试验机以及悬臂梁冲击试验机对复合材料的结晶和力学性能进行测试。结果表明:CNF可以起到异相成核的作用,但含量过多易引起团聚;与纯PLA相比,当CNF/PBS复合母粒的添加量为20%时,低温挤出的复合材料的结晶度、冲击强度分别提高了10.66%和141.51%,拉伸强度仅下降14.86%;当CNF/PBS母粒的添加为20%时,低温挤出的PLA基复合材料的结晶度、拉伸强度和冲击强度分别较高温下挤出的复合材料提高了11.61%、3.82%和16.37%。