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图解聚乳酸(162)聚乳酸改性之耐热性

(2020-01-07 08:29:46)
标签:

聚乳酸

分类: 图解聚乳酸


聚乳酸(PLA)是一种以植物资源为原料合成的热塑性脂肪族聚酯,具有良好的生物相容性、可降解性以及优异的强度和模量,被认为是最有前景的环境友好高分子材料之一,在实际生产中有着广泛的应用。但PLA的结晶速率慢,相对结晶度低,很大程度上影响了其耐热性(热变形温度仅为55),通常通过添加成核剂能提高聚乳酸结晶速率和结晶度,从而提高其耐热性,但对韧性贡献不大。

葵二酸二苯甲酰肼(TMC-300,山西省化工研究所有限公司)是效果较好的成核剂,通过在PLA中添加可以起到改善聚乳酸耐热性的作用。

下图为不同TMC300含量的PLATMC-300复合材料在DSC测试中的第二次升温曲线。PIA分子链相对来说较短,同时分子呈半刚性,而且分子对称性差,因此PLA结晶速率很慢,结晶能力差。

图解聚乳酸(162)聚乳酸改性之耐热性

从图中可知,当没有加入成核剂时,PIA升温过程有一个很大的冷结晶峰,因为PLA结晶速率很低,在升温过程中有些没来得及排人晶格的分子链进一步有序排列发生结晶。冷结晶峰越大说明材料的结晶能力越弱。随着成核剂含量的增加,体系的结晶度明显提高。冷结晶峰变小,同时冷结晶温度逐渐降低,说明材料的结晶能力明显提高。到TMC-300质量分数为0.7%时冷结晶峰几乎完全消失,结晶度达到381%,继续添加成核剂结晶度提高幅度不大。因为TMC-300是一种高效的PLA异相成核剂,其质量分数到07%时已形成足够多的成核点,此时决定结晶速度的关键因素是晶粒生长速度。继续增加成核剂的用量并不能促进晶粒的生长速率,所以成核剂含量继续增加时只能小幅度提高结晶度。TMC-300质量分数为005%时,在熔融峰前均有一个重结晶峰,可能是因为体系结晶能力较弱,在熔融时少量没来得及规整排列的分子发生一定程度的规整化,从而出现再次结晶的现象。但TMC-300质量分数为07%和1%时,由于结晶能力比较强,分子链已经充分有序排列,所以不会出现重结晶峰。

下图为聚乳酸的热变形温度随TMC-300含量的变化情况:

图解聚乳酸(162)聚乳酸改性之耐热性

如图所示,随着成核剂含量的增加,热变形温度首先出现上升的趋势,因为TMC-300有很好的异相成核效果,成核密度增加,结晶度提高,所以其热变形温度随之提高。尤其是成核剂质量分数为07%时,热变形温度提高到110以上,耐热性提高非常明显。但是继续添加成核剂,热变形温度却有一定程度的降低,初步分析此现象可能与成核剂的团聚有关,具体原因有待进一步探讨。

综上所述,当成核剂质量分数为07%时,异相成核效果达到饱和,同时热变形温度最高。

 

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