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纤维素增强PPC/CaCO3复合材料及其降解性研究

作　者: 李红媛
导　师: 张秀成
学　校: 东北林业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚碳酸亚丙酯 碳酸钙 纤维素 顺丁烯二酸酐 热稳定性 降解性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


通用高分子材料的合成原料来源于不可再生的化石资源,废弃后难以被微生物降解,对环境造成污染。而聚碳酸亚丙酯(Poly propylene carbonate,简称PPC)是由二氧化碳和环氧丙烷共聚得到的可完全生物降解的脂肪族聚碳酸酯。其具有良好的生物降解性、生物相容性及高的阻隔性,在包装材料和医用材料等领域具有良好的应用前景。PPC的开发和利用有利于缓解“温室效应”和“能源危机”。但是PPC较差的力学性能和热稳定性在很大的程度上限制了其使用。因此对PPC进行增强改性以拓宽其应用范围具有重要的意义。国内外主要针对PPC性能弱点进行封端、交联、多元共聚或共混增强处理,从而得到性能优异的生物降解材料。特别是采用天然高分子对其增强、增韧研究已引起人们的高度关注。本论文采用马来酸酐(MA)对PPC进行封端处理,分别添加不同形态的碳酸钙(CaCO3)、纤维素纤维(Cellulose)微晶纤维素(Microcrystalline Cellulose简称MCC)等填料对PPC增强处理,对比研究了MA封端PPC前后复合材料的性能。使用电子万能试验机、转矩流变仪、TG、SEM、TEM等手段系统的讨论了MA、CaCO3及纤维素对PPC复合材料力学性能、热稳定性、界面特性及降解性的影响。研究结果表明：CaCO3能够提高PPC的力学性能,但降低了PPC的热稳定性。碳酸钙晶须(WCaCO3)对PPC力学性能的增强作用较重质碳酸钙(HCaCO3)和纳米碳酸钙(Nano-CaCO3)明显；封端剂MA能够对PPC封端扩链使其熔体粘度升高,提高了PPC基体的力学性能,改善了PPC基体的热稳定性,且MA对CaCO3增强PPC基体有一定的协效作用,改善了二者的界面粘合性,提高了填料在基体中的分散；纤维素填充PPC降低了材料的流动性,提高了PPC基体的拉伸强度和弯曲强度。SEM研究显示填料纤维素与PPC界面粘结性较好,PPC基体热稳定性提高；实验制备的聚碳酸亚丙酯／纤维素／碳酸钙复合材料具有较好的力学性能,CaCO3与纤维素相互作用可以提高PPC基体的力学性能和热稳定性；聚碳酸亚丙酯／纤维素／碳酸钙复合材料在酸、碱溶液、氨水、土壤中降解的速度均大于PPC基体。经土壤降解后的PPC及其复合材料表面明显有细菌腐蚀的痕迹。论文的研究结果为设计和制备高强度的聚碳酸亚丙酯材料提供实验依据,在PPC替代通用塑料的应用和保护环境等方面具有积极的意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 生物降解聚酯  10-12
    1.2.1 生物聚酯的种类及特点  10-11
    1.2.2 生物聚酯的应用  11-12
  1.3 聚碳酸亚丙酯概述  12-15
    1.3.1 聚碳酸亚丙酯的性质  12-13
    1.3.2 聚碳酸亚丙酯的合成  13-14
    1.3.3 聚碳酸亚丙酯的应用  14-15
  1.4 聚碳酸亚丙酯的改性研究现状  15-18
    1.4.1 PPC的封端改性  15
    1.4.2 PPC的交联改性  15
    1.4.3 PPC的共聚物  15-16
    1.4.4 高分子材料共混改性PPC  16-17
    1.4.5 PPC与天然高分子共混改性  17
    1.4.6 无机粒子增强改性PPC  17-18
  1.5 聚碳酸亚丙酯的降解性研究  18-21
    1.5.1 生物降解聚酯的降解机理简介  18-20
    1.5.2 生物降解聚酯的降解性能测试方法  20
    1.5.3 生物降解材料的评价体系及标准  20
    1.5.4 PPC的降解性研究现状  20-21
  1.6 课题研究内容和意义  21-22
2 PPC/CaCO_3复合材料的制备与表征  22-37
  2.1 实验部分  22-23
    2.1.1 实验原理与仪器  22-23
    2.1.2 PPC/CaCO_3复合材料的制备  23
    2.1.3 PPC/CaCO_3复合材料性能测试  23
  2.2 结果与讨论  23-36
    2.2.1 CaCO_3原料的TEM分析  23-24
    2.2.2 不同形态的CaCO_3对PPC力学性能的影响  24-27
    2.2.3 MA对PPC/CaCO_3复合材料力学性能的影响  27-28
    2.2.4 PPC/CaCO_3复合材料热稳定性研究  28-34
    2.2.5 PPC/CaCO_3复合材料界面形貌观察  34-36
  2.3 本章小结  36-37
3 纤维素增强聚碳酸亚丙酯复合材料及其性能研究  37-48
  3.1 实验部分  37-39
    3.1.1 实验原料与仪器  37-38
    3.1.2 聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料的制备  38
    3.1.3 聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料性能测试  38-39
  3.2 结果与讨论  39-47
    3.2.1 纤维素对PPC复合材料力学性能的影响  39-42
    3.2.2 MA对聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料力学性能的影响  42-44
    3.2.3 聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料的熔体流变性能分析  44-45
    3.2.4 热重分析  45-46
    3.2.5 聚碳酸亚丙酯/纤维素界面形貌  46-47
  3.3 本章小结  47-48
4 聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料的制备与表征  48-58
  4.1 实验部分  48-49
    4.1.1 实验原料与仪器  48-49
    4.1.2 聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料的制备  49
    4.1.3 聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料性能测试  49
  4.2 结果与讨论  49-57
    4.2.1 不同种类碳酸钙对聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料力学性能的影响  49-52
    4.2.2 MA对聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料力学性能的影响  52-53
    4.2.3 流变性能分析  53-54
    4.2.4 聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料的界面形貌  54-56
    4.2.5 MA及填料对PPC复合材料热稳定性的影响  56-57
  4.3 本章小结  57-58
5 聚碳酸亚丙酯/纤维素/碳酸钙复合材料的降解性能研究  58-65
  5.1 实验部分  58-59
    5.1.1 实验原料与仪器  58-59
    5.1.2 实验方法  59
  5.2 结果与讨论  59-63
    5.2.1 PPC/Cellulose/CaCO_3复合材料的酸碱降解  59-61
    5.2.2 PPC/Cellulose/CaCO_3复合材料的胺解  61-62
    5.2.3 PPC/Cellulose/CaCO_3复合材料的生物降解性能  62-63
  5.3 本章小结  63-65
结论  65-66
参考文献  66-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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