邻苯二甲酰肼及邻苯二甲酰亚胺成核剂对聚乳酸结晶行为的影响

摘要

聚乳酸(PLA)是来源于可再生资源（比如玉米）的生物可降解塑料，在取代传统塑料方面前景广阔，具有重要的保护环境意义。但是，聚乳酸的结晶速率低，其注塑、挤出等实际成型加工得到的制品通常是非晶的，限制了其在具有耐热性要求的领域的应用。在聚乳酸中加入结晶成核剂可大幅提高其实际加工过程中的结晶速率，从而改善其性能。本项目研究了邻苯二甲酰肼及邻苯二甲酰亚胺作为新型成核剂对聚乳酸结晶行为的影响。包括如下两个方面:
　　 1.探讨了邻苯二甲酰肼(phthalhydrazide)作为新型成核剂对聚乳酸(PLA)结晶行为的影响。用熔融共混的方法制备了含0.1、0.5、1、以及2wt％邻苯二甲酰肼的聚乳酸共混体系。通过差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)等考察了邻苯二甲酰肼作为成核剂对聚乳酸非等温结晶行为、等温结晶行为和结晶形态的影响。
　　 结果表明:少量邻苯二甲酰肼的加入能显著促进PLA的非等温和等温结晶过程。比如，0.1 wt％邻苯二甲酰肼的加入便可以使PLA的结晶开始温度提高11℃（在5℃/min的冷却速率下），继续增加成核剂的含量对PLA结晶起始温度几乎没有影响，只是增加了PLA的结晶度。PLA的结晶度（Xc）总体上随邻苯二甲酰肼含量的增大而增大，比如，在5℃/min的冷却速率下，纯PLA的Xc值为6％，当邻苯二甲酰肼的加入量为2 wt％时，结晶度达到28％。2％邻苯二甲酰肼的加入，可使PLA在Tc=126℃等温结晶的半结晶时间从13.6min缩短到4.3min。用Avrami模型对含邻苯二甲酰肼PLA的结晶动力学进行了分析，结果表明，含成核剂PLA的Avrami指数比纯PLA的要大，表明邻苯二甲酰肼的加入对PLA的结晶起异相成核的作用;含成核剂PLA的结晶速率常数比纯PLA的要大，表明邻苯二甲酰肼的加入提高了PLA的结晶速率。偏光显微镜的观察很明显可以看出加入成核剂后聚乳酸球晶的密度比纯聚乳酸的球晶密度明显要大，并且含成核剂的聚乳酸中的球晶尺寸要比纯聚乳酸中的小。上述结果表明邻苯二甲酰肼是PLA的一种有效的结晶成核剂。
　　 2.探讨了邻苯二甲酰亚胺(phthalimide)作为新型成核剂对聚乳酸结晶行为的影响。用熔融共混的方法制备了含0.1、0.3、0.5、1、以及2wt％邻苯二甲酰亚胺的聚乳酸共混体系。通过DSC和POM考察了邻苯二甲酰亚胺作为成核剂对聚乳酸的非等温结晶行为、等温结晶行为和结晶形态的影响。
　　 结果表明:少量的邻苯二甲酰亚胺加入能显著促进PLA的非等温和等温结晶过程。比如，0.1 wt％邻苯二甲酰亚胺的加入便可以使PLA的结晶开始温度提高10℃（在5℃/min的冷却速率下），继续增加成核剂的含量对PLA结晶起始温度几乎没有影响，只是对比纯PLA增加了结晶度。邻苯二甲酰亚胺的最佳加入量为0.3％，比如结晶度Xc随着成核剂含量的变化如下，当邻苯二甲酰亚胺的含量从0％增加到0.3％的时候，相对结晶度Xc从6％急剧增加到了30％，而当邻苯二甲酰亚胺的含量从0.3％继续升高到2％时样品的相对结晶度Xc又从30％降到了11％。等温结晶过程有着相似的变化趋势，用Avrami模型对含邻苯二甲酰亚胺PLA的结晶动力学进行了分析，结果表明，含成核剂PLA的Avrami指数比纯PLA的要大，表明邻苯二甲酰亚胺的加入对PLA的结晶起异相成核的作用;含成核剂PLA的结晶速率常数比纯PLA的要大，表明邻苯二甲酰亚胺的加入提高了PLA的结晶速率。偏光显微镜的观察很明显可以看出加入成核剂后聚乳酸球晶的密度比纯聚乳酸的球晶密度明显要大，并且含成核剂的聚乳酸中的球晶尺寸要比纯聚乳酸中的小。以上可以看出邻苯二甲酰亚胺是聚乳酸的有效的成核剂，且0.3％含量是成核效果最佳的含量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 聚乳酸概述

1．2 聚乳酸的结构与性能

1．3 聚乳酸的结晶

1．4 聚乳酸结晶速率的提高

1．5 成核剂对聚乳酸结晶的影响

1．6 课题意义和主要内容

1．6．1 课题的目的和意义

1．6．2 课题的内容和方法

2 含邻苯二甲酰肼成核剂聚乳酸的结晶行为

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料和实验仪器或设备

2．1．2 测试样品的制备

2．1．3 实验表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 非等温熔融结晶行为研究

2．2．2 等温结晶动力学研究

2．2．3 一定成核剂含量时的非等温熔融结晶行为研究

2．2．4 球晶形貌的观察

2．3 本章小结

3 含邻苯二甲酰亚胺成核剂聚乳酸的结晶行为

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料和实验仪器或设备

3．1．2 测试样品的制备

3．1．3 实验表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 非等温熔融结晶行为研究

3．2．2 等温结晶动力学研究

3．2．3 一定成核剂含量时的非等温熔融结晶行为研究

3．2．4 球晶形貌的观察

3．3 本章小结

4 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

致谢