聚碳酸亚丙酯复合材料的制备及性能研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:coldcoffee_10
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近年来,环境问题己经受到人们越来越多的关注,而“温室效应”和“白色污染”是环境问题中最亟需解决的两个严重问题。由CO2和环氧化物合成的脂肪族聚碳酸酯是一种无毒、具有一定力学性能和生物降解性能的材料,可以减少CO2的排放、有效利用CO2、保护生态环境。聚碳酸亚丙酯(PPC)是以CO2和环氧丙烷(PO)为原料合成的热塑性可降解树脂,具有优良的阻湿、阻气、可生物降解性和生物相容性,制品断裂伸长率高且透明,可以应用在高阻隔环保包装材料及医药领域。  但是目前对PPC的应用研究相对较少,PPC产业化应用受限于三个问题的制约:(1)PPC是一种无定形聚合物,其热稳定性能和机械性能较差,因此在单独作为塑料使用存在较大缺陷,所以需要对其进行改性。(2)PPC的主链上没有反应性官能团,和大多数聚合物的相容性都比较差,所以得到的共混物的稳定性不高。(3)PPC成本较高。因此,在共混改性过程中有效利用增容剂改善基体和增强相的界面结合力,制备低成本、高性能的PPC基复合材料是十分必要的。  本论文的主要工作是聚碳酸亚丙酯复合材料的制备,利用溶液共混法制备了热性能和生物降解性能等综合性能优异的PPC复合材料,促进其规模化应用。具体内容包括:  1.通过溶液共混法制得不同比例的PPC/PMMA复合材料,并在PPC/PMMA体系中引入硬脂酸钙。结果表明:PPC/PMMA复合材料相容性得到改善,复合材料的热性能明显提高。热分解动力学研究表明,复合材料的的热分解活化能明显提高,为PPC材料的应用开发研究提供了新的途径和理论依据。  2.通过溶液共混法制得PPC/PLA复合材料,引入反应偶联剂4,4-亚甲基双异氰酸苯酯(MDI),增强PPC与PLA之间的界面结合力。结果表明:PLA可以提高PPC的热稳定性和生物降解性;MDI的加入,PPC与PLA的相容性得到改善,PPC的热性能、生物降解性能都得到了显著提高。当MDI含量为0.5%,PLA含量为10%时,复合材料热性能最佳,T-5%提高了56℃。复合材料PPC/MDI0.5%/PLA50%在碱性条件下降解率由1.4%提高到16.5%。  3.通过溶液共混法制备了PPC/PEG复合材料,以MDI为反应偶联剂,考察了MDI的加入对PPC/PEG复合材料的影响。研究表明:PEG的引入可以改善PPC的热稳定性和降解性能,MDI可以提高PPC与PEG之间的相容性,使复合材料的热稳定性、生物降解性得到进一步改善,当MDI含量为0.5%,PEG分子量为2×104、含量为5%时,T-5%提高了59℃。复合材料PPC/MDI1%/PEG15%在酸性条件下降解率由1.16%提高到17.16%。  4.通过两种方法制备了含硅的PPC基复合材料。首先,采用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体制备PPC/SiO2杂化材料;其次,采用硅烷偶联剂KH550、KH560对MDI封端的PPC预聚体进行交联改性,通过偶联剂中氨基和环氧基与异氰酸酯反应及-Si-(OR)3基团的水解、缩合,原位制备一类含硅的有机-无机杂化材料。利用FT-IR、SEM、TG表征了复合材料的结构与性能,结果表明:在PPC中引入无机物SiO2后,复合材料的热稳定性明显改善;两种硅烷偶联剂改性所得的PPC复合材料的热稳定性明显提高,Tmax最大提高了56℃。无机物前驱体TEOS在PPC基体中形成Si-O-Si键,实现了聚合物与无机相之间的交联网络结构。
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