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成核剂改性聚丙烯聚乳酸共混物的性能研究毕业论文

 2022-04-11 08:04  

论文总字数:19713字

摘 要

本文通过差示扫描量热议(DSC)、偏光显微镜(PLM)及力学性能测试研究了β成核剂(NT-C)对聚丙烯/聚乳酸(PP/PLA)共混物熔融、结晶行为及力学性能的影响。马来酸酐接枝PP (MAH-g-PP)作为共混物的相容剂。研究表明:添加NT-C有助于提升共混物的β-PP结晶度,且存在最佳添加量0.1%。加入MAH-g-PP后,有助于β-PP结晶度进一步提高。NT-C和MAH-g-PP有助于降低球晶尺寸,且使球晶的分布更加均匀。NT-C可以提升共混物的缺口冲击强度和弯曲模量,且拉伸强度下降较小。而加入MAH-g-PP后,共混物的缺口冲击强度和弯曲模量会得到进一步提升。

关键字:聚乳酸 聚丙烯 成核剂 结晶行为 力学性能

Properties of Polypropylene /Poly/ (lactic Acid) Blends Modified by Nucleating agent

ABSTRACT

In this work, the effect of the β-Nucleating agent (NT-C) on crystallization, morphology and mechanical properties of polypropylene/poly(lactic Acid) (PP/PLA) blend were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), plarized light microscopy (PLM) and mechanical tests. Maleic anhydride-grafted PP (PP-g-MAH) was used as the compatibilizer. The results showed that NT-C is effective for improving the crystallinity of β-PP. The blend containing 0.1% NT-C is the best content for transforming β-PP. Addition of PP-g-MAH is more effective for enhancing the crystallinity of β-PP. NT-C and PP-g-MAH are beneficial to decreasing the size of spherulite, and making the homogeneous distribution of spherulite. NT-C highly raise the blend’s value of flexural modulus and notched impact strength, with the tensile strength diminished slightly. In addition, PP-g-MAH acted as an more effective agent to improve flexural modulus and notched impact strength.

Key words: Polypropylene; Poly(lactic Acid); Nucleating agent; Crystallization; mechanical property

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 聚丙烯简述 1

1.1.1 聚丙烯的概述 1

1.1.2 聚丙烯的结晶性能 1

1.1.3 聚丙烯的性能 2

1.1.4 聚丙烯的应用 2

1.2 聚乳酸(PLA)简介 2

1.2.1 聚乳酸概述 2

1.2.2 聚乳酸的性能 3

1.2.3 聚乳酸的应用 3

1.3 聚乳酸/聚丙烯(PLA/PP)共混体系 4

1.4 β成核机理 5

1.5 课题研究内容和方法 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料 7

2.2 实验设备 7

2.3 试样制备 7

2.3.1 PLA/PP共混材料的制备 7

2.3.2 等温结晶样片制备 8

2.3.3 样条的制备 8

2.4 测试与表征 8

2.4.1 示差扫描量热仪(DSC)测试 8

2.4.2 偏光显微镜(PLM)观察 8

2.4.3 力学性能测试 8

第三章 结果与讨论 9

3.1 NT-C含量对PP/PLA共混物结晶行为的影响 9

3.2 NT-C含量对PP/PLA/PP-g-MAH共混物结晶行为的影响 10

3.3 相容剂含量对PP/PLA共混物结晶行为的影响 12

3.4 偏光显微镜PLM观察 14

第四章 结论与展望 17

4.1结论 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 绪论

生物可降解材料是高分子材料大家庭的一员,它的应用范围从医疗应用包括组织工程,创伤管理,药物输送,和整形手术设备,包括包装和薄膜类应用。为了开发它们的应用潜能,生物可降解高分子材料被使用几种特定的方法来进行改良。比如共混这种方法,可以制造出一种新材料,它具有良好的性能,较低的价格和优良的加工性能。乳酸的聚合物或丙交酯单体的聚合物,即聚乳酸(PLA)是目前最具发展潜力的绿色塑料之一。

1.1 聚丙烯(PP)简述

1.1.1 聚丙烯的概述

PP是传统的五大通用塑料之一,由于原料来源丰富,生产工艺简单,综合性能良好,且价格低廉,因此产量大,目前产量仅次PE,是全球第二大塑料品种[1]。PP是热塑性树脂丙烯单体通过化学反应聚合而成的,根据PP叔碳上的甲基在空间上的排列不同形成三种不同的构型,这里只介绍实验用料等规聚丙烯(IPP)。

1.1.2 聚丙烯的结晶性能

等规聚丙烯的晶体结构有α、β、γ、δ和拟六方晶几种[2]。它的主链实际上是呈螺旋构型,其结晶属于单斜晶系或三斜晶系,其中分子的螺旋方向并排地规整间隔。

α晶型:它是IPP中最常碰到的也是热稳定性最好的晶型,属于单斜晶系,每个晶胞中有4个3/1螺旋。IPP在较高温度下(gt;130°C)结晶主要生成α晶。有左、右两种螺旋构象。但由于甲基侧基的存在,还有甲基取向(向上或向下)的问题。α-IPP的DSC曲线上有时会出现2个熔融峰,有人认为可能存在着两种结构-极限有序和极限无序结构,前者比后者具有较低的自由能和较高的熔点。当有氧化物存在时,α-IPP有2个熔融峰,认为是由规整性不同的晶体产生的;同时发现在快速冷却是,成核效果差的样品结晶后重熔融,出现2个熔融峰,且随结晶时间冷却速率增大,高温侧峰增大,认为是由于在快速冷却时,结晶区域被迅速冷冻,区域间的分子链受到一定应力被拉紧,产生熔点较高的圆纤维状晶体,成为晶桥,随着冷却速率增大,应力增加,这部分晶体增多,从而高峰值较大。

β晶型: 为六方晶系,一般较少碰到,与α晶不同,在β晶中,所有IPP螺旋状的大分子链皆以相同的方向参加到晶格中。β-IPP比α-IPP有较低的弹性模量和屈服强度,较高的拉伸强度,明显的应力硬化及较高的冲击强度。在高拉伸下β-IPP显示高的韧性和延展性,不像α-IPP那样发生脆裂。

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