微波輔助聚乳酸-蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、在高分子領(lǐng)域，以可再生資源為原料，采用綠色合成工藝開發(fā)可降解高分子材料聚乳酸（Poly lactic acid, PLA），是解決石油基塑料所造成的“白色污染”的有效方法，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。針對PLA在力學(xué)強(qiáng)度、熱力學(xué)穩(wěn)定性上存在的不足，以及合成過程中存在的能耗大，工藝復(fù)雜，納米粒子分散不均勻等問題，選擇蒙脫土（MMT）作為摻雜材料，對微波輔助聚乳酸/蒙脫土(PLA/MMT)納米復(fù)合材料的制備及性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，以制備出

2、性能較好的PLA/MMT納米復(fù)合材料。
　　以SO42-/Al2O3型固體超強(qiáng)酸(Solid Super Acid, SSA)為催化劑，采用微波輔助熔融縮聚法制備 PLA。研究了微波加熱條件下反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)真空度及催化劑對 PLA分子量的影響，優(yōu)化了制備工藝。比較了不同酸強(qiáng)度固體酸對制備的PLA在分子量、結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)穩(wěn)定性上的差別，并通過比較在合成時(shí)間，能耗及最終合成 PLA分子量上的差別評價(jià)了微波加熱及傳統(tǒng)加熱方式對反

3、應(yīng)的影響，探討了微波輔助SSA催化乳酸熔融縮聚制備PLA的機(jī)理。
　　以來源廣泛的鈉基蒙脫土(Na-MMT)為納米改性劑進(jìn)行直接摻雜，采用微波輔助原位熔融縮聚法制備 PLA/MMT納米復(fù)合材料。以力學(xué)性能為指標(biāo)，優(yōu)化了反應(yīng)條件，采用TG-DSC及 SEM，XRD等方式表征了材料的熱學(xué)性能及MMT的分布情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)摻雜后，材料的分子量、力學(xué)性能及熱力學(xué)性能得到較大幅度的提高。通過 FT-IR分析了 MMT的表面組成，得出MMT直接摻

4、雜微波輔助原位熔融縮聚制備剝離型PLA/MMT的反應(yīng)機(jī)理。
　　以微波加熱為輔助手段，結(jié)合固體超強(qiáng)酸的高催化活性，對 MMT進(jìn)行改性研究，建立了微波輔助酸活化蒙脫土(H-MMT)固體超強(qiáng)酸的制備方法。以總酸量及催化乳酸正丁酯的酯化率為指標(biāo)，優(yōu)化了H-MMT的制備條件。將 H-MMT與SnCl2進(jìn)行復(fù)配，以微波輔助原位熔融縮聚法制備了 PLA/MMT納米復(fù)合材料。研究表明 H-MMT同時(shí)具備了較好的酸催化及納米增強(qiáng)作用，在合成過程中

5、以剝離形態(tài)存在于高分子基體中，材料的力學(xué)，熱力學(xué)性能得到顯著提升。
　　研究了不同催化體系下微波輔助乳酸熔融縮聚反應(yīng)動力學(xué)，建立了不同催化體系下的反應(yīng)動力學(xué)方程。通過比較最佳反應(yīng)溫度下不同催化體系的動力學(xué)參數(shù)，得出H-MMT/SnCl2復(fù)配體系在催化合成產(chǎn)物的性能、反應(yīng)速率及能耗上表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，是較好的催化體系。
　　以有機(jī)蒙脫土(OMMT)為納米改性劑，聚乙二醇(PEG)為增塑劑，丙交酯為原料，采用微波輔助原位開環(huán)聚合

6、法制備 PLA/MMT/PEG納米復(fù)合材料?？疾榱瞬煌N類的OMMT及增塑劑對材料力學(xué)性能的影響，優(yōu)化了反應(yīng)條件。研究表明，加入 OMMT及 PEG后，材料的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率得到改善。通過熱重分析比較了不同改性方法對材料熱分解溫度的影響，并通過 XRD，TEM，SEM等方式對材料的形貌進(jìn)行了分析表征，結(jié)果表明 OMMT以剝離狀態(tài)分散在 PLA基體中，形成以剝離型為主的PLA/MMT/PEG納米復(fù)合材料，OMMT和PEG的加入，使材料

7、由脆性斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)變。
　　采用土壤填埋方式及溶菌酶對所制備的PLA，PLA/MMT，PLA/MMT/PEG納米復(fù)合材料進(jìn)行了降解性能研究。土壤填埋中，考查了 PLA，PLA/MMT，PLA/MMT/PEG的失重率及粘均分子量隨時(shí)間的變化情況，并通過SEM電鏡照片比較了PLA，PLA/MMT，PLA/MMT/PEG降解前后的形貌變化，探討了納米粒子及增塑劑的加入對材料生物降解過程的影響。酶降解實(shí)驗(yàn)中，比較分析了不同酶促反應(yīng)動力