阻燃增韧聚乳酸材料及其机理研究
聚乳酸(PLA)是一种源于玉米淀粉和糖类的生物基可再生聚合物，由于PLA拥有优良的生物相容性，生物可降解性，易加工型和较好的透明性，因此PLA在汽车领域，电子领域和生物医疗领域有着广泛的应用前景。但是，PLA本身具有很严重的脆性和易燃性，使其应用受到了很大的限制。纯的PLA的极限氧指数只有19.0％，并且其韧性也非常的低，一般其断裂伸长也只有2-10％。并且，一般需要加入大量的阻燃剂来提高其阻燃性能，但是其韧性会进一步得到破坏。因此，要让PLA能够代替石油基塑料，就需要克服其以上的缺点，让其机械性能和阻燃性能得到提高。 本文采用几种不同的改性方法来对聚乳酸的阻燃性能和韧性进行改性，制备了同时能够达到增韧和阻燃的聚乳酸复合材料。利用热失重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)对材料的结构进行了表征;通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级测试（UL-94）、锥形量热仪(CONE)和TGA对改性后的材料进行了燃烧性能及热稳定性测试;通过拉伸实验和缺口冲击实验进行了力学性能的检测。主要工作如下: 1.采用聚磷酸铵(APP)对聚乳酸进行阻燃改性，并利用两种不同分子量的聚乙二醇(PEG2000和PEG4000)进行增韧改性，最终制成了可以同时增韧和阻燃的PLA。实验结果表明，两种聚乙二醇的引入不同程度的提高了PLA的断裂伸长率和冲击性能，分别提高到了37.1％、2.81kJ/m2和26.7％、3.15kJ/m2;APP的加入使得复合材料的阻燃性能显著提高，LOI测试最高为29.2％，UL-94测试通过Ⅴ-0级别。扫描电镜结果表明:复合材料的断面微观形貌由脆性断裂变成了韧性断裂，同时聚磷酸铵在基体中的分散性得到了提高。 2.本章使用聚磷酸铵作为阻燃剂，并使用氨酯包覆其中，加入到基体中对聚乳酸的韧性和阻燃性能改性。采用聚乙二醇2000、季戊四醇(PER)和2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)作为壳层，二月桂酸二丁基锡(DBTDL)作为催化剂和聚磷酸铵（APP）为壳心，通过原位聚合方法成功制备聚氨酯包覆的聚磷酸铵微胶囊(MCAPP)。将MCAPP与聚乳酸进行复配得到聚乳酸复合材料。实验结果表明:当MCAPP的含量为15％时，复合材料的极限氧指数从19％升至28.3％，UL-94测试达到Ⅴ-0水平，并且最大热释放速率从464.2降到332.2kW/m2;当MCAPP的含量为15％时，材料的韧性也有提高到最大，断裂伸长率提高到了40.8％，缺口冲击强度为2.95kJ/m2。本章并对阻燃机理与增韧机理进行了讨论。 3.本章通过使用反应共混的方法将蓖麻油(CO)和TDI与聚乳酸在密炼机中进行共混，并最后加入APP与其复配，最终制备了同时增韧和阻燃的聚乳酸/蓖麻油机聚氨酯/聚磷酸铵(PLA/CPU/APP)。实验结果表明:通过红外光谱检测得TDI和蓖麻油已经反应完全，成功制备了聚乳酸复合材料;阻燃测试表明当20％APP引入基体时，PLA材料的LOI值由19％升至27.2％，UL-94试验通过Ⅴ-0等级，最大热释放速率由505.5降到了337.0kW/m2;材料的材料的韧性也有了很大的提升，断裂伸长率增长到了37％，而冲击强度增长到了7.59kJ/m2;并且动态力学热分析结果展现了PLA在CPU加入后刚性变小。本章并对阻燃机理与增韧机理进行了讨论。
聚乳酸;改性处理;机械性能;阻燃性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
张胜
2018
中文
TQ325
90
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）