聚乳酸-蒙脫石納米復(fù)合材料研究.pdf

1、聚乳酸具有良好的機械性能、熱塑性、生物相容性和生物降解性，被廣泛應(yīng)用于可控釋材料、生物醫(yī)用材料、組織工程材料、合成纖維等領(lǐng)域。通過不同工藝如溶液插層法、熔融插層法和原位開環(huán)聚合法可以制備聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料，由于蒙脫石以納米尺度分散在聚乳酸基體中，與聚乳酸均聚物相比，其機械性、氣體阻隔性能、熱性能及生物降解性能等表現(xiàn)出顯著增強效應(yīng)。聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料的增強性質(zhì)有望滿足其作為包裝材料等未來產(chǎn)品和應(yīng)用的需求，以取代傳統(tǒng)的非生物

2、降解包裝塑料如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。本文綜述了近年來聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料的研究進展；并以新疆某礦天然膨潤土為基本原料，通過濕法對其進行鈉化、提純制備了鈉基蒙脫石，并對其工藝條件進行優(yōu)選，再以十六烷基三甲基溴化銨等為插層劑對鈉基蒙脫石進行有機改性，然后將聚乳酸分別與聚乙二醇6000以及兩種不同結(jié)構(gòu)的有機改性蒙脫石通過溶液共混法復(fù)合制備出聚乳酸/聚乙二醇共混膜、聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料和高韌性聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料，運

3、用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、綜合熱分析（DSC、TGA/DTG）、寬角度X射線衍射（WAXD）及掃描電子顯微鏡（SEM）等現(xiàn)代分析手段并表征了材料的微觀結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分析了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為進一步拓寬聚乳酸材料在包裝材料領(lǐng)域的應(yīng)用奠定堅實的理論基礎(chǔ)。 本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．在常溫和80℃兩種不同溫度下分別采用超聲波分散和高速剪切分散兩種不同工藝對新疆某礦天然膨潤土進行濕法鈉化、提純，對精礦進

4、行WAXD測試分析，結(jié)果表明只有采用80℃、高速剪切分散工藝制備性能良好的鈉基蒙脫石（NaMMT），說明升高反應(yīng)溫度可以使蒙脫石層間的陽離子充分活化，再經(jīng)高速剪切分散后將蒙脫石片層剝離，這樣才能將蒙脫石層間的鈣離子完全鈉化，得到性能良好的鈉基蒙脫石； 2．采用十六烷基三甲基溴化銨（CTABr）為插層劑對鈉基蒙脫石進行有機改性，通過FTIR、WAXD和TG-DSC測試分析，結(jié)果表明插層劑已有效地插入蒙脫石層間，使蒙脫石的層間距由1

5、．248nm增大到1．938nm，大約有占總重量21．24%的插層劑進入到蒙脫石層間，層間還含有少量的水分，經(jīng)有機改性處理后的蒙脫石能夠很好地分散在氯仿、二氯甲烷等有機溶劑中； 3．以聚乳酸（PLA）和聚乙二醇（PEG）為原料通過溶液共混法制備了聚乳酸/聚乙二醇共混薄膜，并運用萬能電子拉力試驗機（GTTM）、DSC、FTIR及土壤填埋等方法對其力學(xué)性能、熱性能和生物降解性能等進行測試，結(jié)果表明隨著PEG添加量的逐漸增加，PLA/

6、PEG共混材料的斷裂伸長率均大幅度提高，但拉伸強度逐漸降低，彈性模量也呈下降趨勢，同時添加PEG使PLA的親水性增強，結(jié)晶性能變差，Tg下降，在土壤中的生物降解速率加快； 4．采用溶液插層法將有機改性蒙脫石（C16-MMT）分散在聚乳酸基體中制備出聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料，通過FTIR、DSC和WAXD等分析方法對其結(jié)構(gòu)進行表征，并測定了其力學(xué)性能。測試與表征結(jié)果表明，在聚乳酸基體中添加少量的C16-MMT（3wt%）可以形成

7、剝離型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，C16-MMT添加量增大，則形成插層型的納米復(fù)合材料，剝離型和插層型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)均可以顯著提高PLA的熱穩(wěn)定性，但前者效果更顯著，同時剝離型和插層型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)也能顯著提高PLA的拉伸強度和彈性模量，但對其斷裂伸長率幾乎沒有影響； 5．以聚乙二醇6000、NaMMT和CTABr為原料通過一步反應(yīng)法制備出雙官能團的有機蒙脫石TFOMMT，經(jīng)FTIR、WAXD、DSC和TGA/DTG測試分析結(jié)果表明，聚乙二

8、醇6000和CTABr均有效地插入蒙脫石層間，使其層間距由1．248nm增大到3．044nm，并且在1．988nm處同時出現(xiàn)新的特征衍射峰，在TFOMMT中，除了含有約占試樣總質(zhì)量63．8%的干蒙脫石外，還包含已經(jīng)插入蒙脫石層間，分別約占試樣總質(zhì)量10．54%和7．73%的PEG分子和季銨鹽陽離子； 6．以TFOMMT和聚乳酸為原料采用溶液插層法制備了高韌性聚乳酸/蒙脫石納米復(fù)合材料，F(xiàn)TIR、WAXD、GTTM、DSC和TGA

9、/DTG測試分析結(jié)果表明，TFOMMT能夠很好地分散在聚乳酸基體中形成插層型納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，使蒙脫石的層間距繼續(xù)增大到3．3nm～3．6nm左右，PLA的熱穩(wěn)定性提高約10℃，力學(xué)性能測試結(jié)果表明，TFOMMT以納米尺度分散在聚乳酸基體中，能夠顯著提高基體材料的斷裂伸長率ε，從純PLA的ε為3．68%最大提高到TFOMMT含量為5wt%時的ε為352．65%，但同時PLA的拉伸強度和彈性模量均出現(xiàn)顯著下降； 7．PLA與甲殼素（C