细菌纤维素/聚乳酸互穿网络复合材料的结晶与熔融

为了研究细菌纤维素(BC)网络结构对聚乳酸(PLA)结晶与熔融过程的影响,以PLA为基体,BC为增强体,通过PLA-三氯甲烷溶液与BC-无水乙醇分散液的共混扩散制备了具有互穿网络结构的BC/PLA生物复合材料。采用SEM、偏光显微镜(POM)、DSC和莫志深(MO)模型研究了复合材料的微观形态、球晶形貌、非等温结晶动力学和熔融行为。结果表明:采用溶液共混扩散法可得到以BC为骨架、PLA缠绕其表面的互穿网络结构的复合材料。随降温速率增加,BC/PLA复合材料的结晶温度、熔融温度和相对结晶度均下降。BC可作为异相成核剂,适量添加可同时提高BC/PLA复合材料的结晶速率和相对结晶度,细化球晶尺寸。MO模型可较好地描述BC/PLA复合材料的非等温结晶动力学行为。     

纳米纤维素/聚乳酸复合包装薄膜的制备及表征

目的添加适量的纳米纤维素改善聚乳酸的脆性,以适应产品的包装。方法将聚乳酸(PLA)与纳米纤维素(CNFs)共混制备复合包装材料,测试该复合材料的力学性能、透光率、红外谱图,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合包装材料的表面形貌。结果纳米纤维素添加到聚乳酸中增加了其力学性能,当纳米纤维素质量分数为2%时,拉伸强度和冲击强度都达到最大;随着添加CNFS比例的增大,CNFs/PLA复合薄膜材料的透光率随之降低,雾度随之升高,但是该薄膜作为包装材料对商品的可视性影响不大。结论纳米纤维素(CNFs)是具有一定长径比的纳米级线状材料,对材料的拉伸强度具有增强作用。     

纳米SiO_2驻极体/聚乳酸复合熔喷非织造材料的制备及性能

采用纳米SiO_2为驻极体,经过表面改性与聚乳酸(PLA)复合,利用双螺杆挤出机制备了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片,并通过工业级熔喷生产线试制了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料。利用FTIR分析了纳米SiO_2的表面改性效果,利用DSC分析了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片在熔喷快速冷却条件下的结晶性能,利用滤料综合性能测试台和SEM研究了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的过滤性能及微观形貌,最后采用质量损失法评估了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的降解性能。研究结果表明:经表面改性处理,纳米SiO_2表面附上了有机活性基团;在100℃/min的冷却条件下纯PLA的结晶分数较低,纳米SiO_2驻极体的加入有助于PLA的结晶;少量纳米SiO_2驻极体的添加可显著提高PLA复合熔喷非织造材料的过滤效率,其中质量分数0.75%的纳米SiO_2添加量可使过滤效率达到99.69%,接近商用高效空气过滤器(HEPA)级聚丙烯(PP)过滤效率;在中性水解环境下,纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料具备可降解性能,经8个月质量降解至79.57%。     

MOF-199/聚乳酸复合薄膜的制备及性能研究

目的 探索功能配合物MOF-199对聚乳酸（PLA）的改性作用以及MOF-199添加量对PLA薄膜性能的影响。方法 采用溶液共混流延的方式将MOF-199与PLA复合制备复合薄膜,采用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）研究复合薄膜的表面形貌和组分,通过测试复合薄膜的色差、透光率、雾度、力学性能、水蒸气透过率及紫外可见吸收光谱等,研究MOF-199含量对复合薄膜性能的影响。结果 随着MOF-199添加比例的增大,复合薄膜的水蒸气透过率先升高后降低,最大值为1.186×10–13 g?cm/(m2?s?Pa),各复合薄膜的透光率均在91%以上,最大断裂伸长率基本在2.1%~2.5%之间,拉伸强度降低,紫外吸收能力逐渐增大。与纯PLA薄膜相比,当MOF-199的质量分数为5.0%时,复合薄膜在210 nm处的紫外吸光度提高了约1.6倍。结论 配合物MOF-199的加入可提高PLA复合薄膜的抗紫外性能和水蒸气透过性能,制备的复合薄膜在抗紫外及气调包装领域具有潜在应用价值。     

多重受热历史对PLA/MWCNTs复合材料结晶和熔融行为的影响

为改善聚乳酸(PLA)的结晶性能,分别以PLA和表面包覆纳米SiO_2并接枝硅烷偶联剂的多壁碳纳米管(MWCNTs)为基体和改性剂,经溶液共混法制备PLA/MWCNTs复合材料.分别利用POM和DSC研究复合材料等温结晶、非等温结晶和冷结晶的球晶形态、结晶和熔融行为.研究结果表明:PLA/MWCNTs复合材料结晶和熔融行为强烈依赖于受热历史和改性MWCNTs含量;PLA/MWCNTs复合材料冷结晶时结晶度最高,球晶尺寸最小且熔点最低;1℃/min降温结晶时球晶尺寸最大,且熔点最高;降温速率越快,复合材料的起始结晶温度、结晶焓和结晶度越低.改性MWCNTs可作为PLA的异相成核剂,改善复合材料的结晶、熔融行为和球晶尺寸,其最佳用量为0.3%.     

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。      

乳酸接枝纳米二氧化钛/聚乳酸复合物的制备

将乳酸低聚物接枝到纳米二氧化钛(TiO_2)的表面,获得接枝改性二氧化钛(g-TiO_2),采用溶液共混的方法制备出聚左旋乳酸(PLLA)和g-TiO_2复合物。通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、紫外-可见吸收光谱仪和动态力学分析仪等技术系统研究了g-TiO_2的加入对PLLA结构和性能的影响。结果表明,在辛酸亚锡做催化剂的条件下,乳酸低聚物可接枝到纳米TiO_2的表面,接枝率为6.5%。TiO_2经过表面接枝改性后,在乙醇分散体系中团聚粒子的平均粒径由93 nm降低为58 nm。在质量分数低于1.5%时,g-TiO_2在PLLA中的分散性显著提升,可均匀分散在基体中。g-TiO_2的加入可提高PLLA的结晶速率和结晶度,同时可改善PLLA的抗紫外性能和储能模量。     

互穿网络聚乳酸/细菌纤维素生物复合材料的制备与性能

以聚乳酸(PLA)为基体,细菌纤维素(BC)为增强体,通过PLA-三氯甲烷溶液与BC-无水乙醇悬浮液的共混扩散制备互穿网络结构的PLA/BC生物复合材料。采用扫描电子显微镜、热失重分析仪、偏光显微镜和电子万能试验机等研究了复合材料的微观形态、分散性、力学性能、热分解温度及球晶形貌。结果表明,采用溶液共混扩散法可得到以BC为骨架、PLA缠绕其表面的互穿网络结构的生物复合材料;BC可作为异相成核剂,显著细化PLA的球晶尺寸,提高复合材料的力学性能和热分解温度。BC的质量比为1.0%时,PLA/BC复合材料的球晶尺寸最小,力学性能和热分解温度最高。其中复合材料的缺口冲击强度和热分解温度分别较纯PLA提高了37.84%和约5℃。     

纳米纤维素/聚乳酸复合材料的降解性能

目的研究纳米纤维素/聚乳酸(NCC/PLA)复合薄膜在不同降解条件下的降解情况。方法在p H值为3,7,11的溶液及紫外光照射条件下,降解自制的复合薄膜,通过测失重率、扫描电子显微镜观察、X射线光电子能谱分析等手段,分析p H值、光照和NCC的添加与复合材料降解能力间的关系,研究其降解机理,并与纯PLA薄膜对比。结果 NCC/PLA复合薄膜在碱性条件下质量损失最快,酸性稍慢,中性更慢,紫外光照射下最慢,复合薄膜质量损失均比纯PLA薄膜多。在p H值为3和7的溶液及紫外光照射降解后,NCC/PLA复合薄膜氧碳原子数量的比值均比未降解时增大,分别提高了35.16%,36.66%,38.65%。结论 NCC的添加提高了NCC/PLA复合薄膜的降解性能,在不同降解过程中,薄膜表面C原子所占比例减少,相对地O原子所占比例增加,氧碳原子数量的比值增大。     

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%。     

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。     

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%。     

多壁碳纳米管-细菌纤维素复合薄膜的制备及其力学性能

开发和利用绿色生物质材料能够降低石油基聚合物的消耗,但与单根细菌纤维素(BC)相比,BC薄膜表现出较低的力学性能,限制了其应用领域。为协同提高BC复合薄膜的强度和韧性,本文以BC为基体,通过对其碱处理、2, 2, 6, 6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)氧化处理得到TEMPO氧化的BC(TOBC),并引入羧基化多壁碳纳米管(CNT)作为增强体,采用真空抽滤技术制备出CNT-TOBC复合薄膜,着重探究了CNT的添加对TOBC薄膜力学性能和微观形貌的影响,并探讨其增强增韧机制。研究结果表明:当CNT的添加量为7.5wt%时,CNT-TOBC复合薄膜的力学性能最佳,其断裂应力、伸长率及韧性分别为174 MPa、10.83%和12.01 MJ·m?3,相比纯的TOBC薄膜分别提高了56.76%、144.47%和295.07%,这主要归因于CNT与TOBC间的氢键相互作用、CNT内在高强度及外在增韧机制。研究结果为提高复合材料的界面结合和力学性能提供了一种切实可行的方法,并进一步拓宽了TOBC在柔性电子衬底、智能包装等领域的应用。      

SiO_2-MWNTs/聚乳酸复合材料的冷结晶动力学及球晶形态

为研究多壁碳纳米管(MWNTs)对聚乳酸(PLA)冷结晶动力学和球晶形态的影响,分别以PLA和表面包覆纳米SiO2并接枝硅烷偶联剂的纳米SiO2改性MWNTs(SiO2-MWNTs)为基体和改性剂,经溶液共混法制备了SiO2-MWNTs/PLA复合材料。采用DSC、偏光显微镜、Jeziorny模型和Johnson-Mehl-Avrami模型研究了复合材料的非等温冷结晶动力学和球晶形态。结果表明:SiO2-MWNTs可作为异相成核剂,能有效降低SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶温度,提高晶核生成速率和晶体生长活化能。SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶过程主要由成核作用控制,加入SiO2-MWNTs可同时提高复合材料的结晶速率和结晶度。冷结晶时,PLA球晶尺寸小于熔体冷却结晶时的,且SiO2-MWNTs含量对冷结晶球晶尺寸的影响远小于其对熔体冷却结晶球晶尺寸的。所得结论对优化PLA的结晶结构和性能、制备高性能PLA复合材料具有指导意义。     

石墨烯纸拉花及其水泥基复合材料的制备和性能

使用石墨烯为原料,羧甲基纤维素钠(CMC)为增韧剂和优化成膜压力等工艺参数制备具有较高力学性能和导电性能的石墨烯纸薄膜,经表面切口和择向牵拉得到三维伸展的拉花式石墨烯纸网络结构,再通过高流动性水泥浆体的浇注、密实和凝结硬化制备出石墨烯拉花改性水泥基复合材料。用动态热机械分析仪(DMA Q800)测试石墨烯纸薄膜的力学性能,用四探针测试仪(RTS-8型)测试其电学性能,用Keithley 2400数字源表测试复合材料在一定压力下的电阻,研究了这种复合材料的压敏性能。结果表明,CMC掺量为50%、成膜压力为12.5 MPa的石墨烯纸薄膜其力学强度和导电能力较好,制备出的石墨烯拉花改性水泥基复合材料具有一定的压敏性能,即使在电阻循环变化率为10.29%的条件下其压敏性能仍具有良好的重复性。     

纳米纤维素晶须增强增韧聚(L-乳酸)复合材料的制备与表征

通过酸解法制备了具有纳米尺寸和一定长径比针棒状的纳米纤维素晶须(NCW),利用NCW表面的羟基引发L-丙交酯开环聚合,合成了表面接枝聚(L-乳酸)(PLLA)链段的接枝纤维素晶须(g-NCW);采用溶液浇铸法制备了PLLA膜以及不同配比的NCW/PLLA和g-NCW/PLLA复合膜。对接枝改性前后的NCW的形貌与性能进行了表征,研究了复合膜的形貌、结晶性能、热稳定性、亲/疏水性和拉伸性能。结果表明:NCW的形貌与结晶性能在接枝改性后变化不大,但在乙醇和PLLA溶液中的分散性得到明显改善;当NCW与L-丙交酯的物质的量之比为1∶5时,g-NCW表面PLLA链段的接枝率约为23.61%。NCW和g-NCW作为异相成核剂,显著提高了PLLA基体的结晶速率;并且,加入晶须改善了材料的亲水性和热稳定性。添加一定量的NCW和g-NCW到PLLA中,可有效增强增韧PLLA基体;随着晶须含量增加,复合膜的拉伸强度和断裂能先增大后下降;当NCW和g-NCW的质量分数为5%时,NCW/PLLA和g-NCW/PLLA复合膜的拉伸强度和断裂能分别达到22.02 MPa和20.01 MPa以及102.39J/m~3和117.83J/m~3,均达到最大值。由于g-NCW在基体中良好的分散性以及与基体间的界面结合,g-NCW/PLLA复合膜的拉伸强度和韧性明显优于相应的纯PLLA和NCW/PLLA膜。     

原位聚合法制备CF/PSF-MC尼龙6复合材料

制备了表面接枝了聚酰胺链段的炭纤维/PSF-MC尼龙6复合材料,接枝率为1.3%。DSC研究表明,与MC尼龙6相比,接枝后的炭纤维/PSF-MC尼龙6复合材料中基体尼龙6的起始结晶温度和最大结晶温度均有所提高,α型晶体和γ型晶体均增多。力学性能测试和扫描电镜观察实验结果都表明在炭纤维表面接枝聚酰胺链段后,炭纤维与基体尼龙6的界面粘接性和相容性得到提高,力学性能测试表明,聚砜的加入提高了复合材料的弯曲强度。