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聚乳酸塑木复合材料增韧改性
来源: 作者: 发布日期:2019-05-24 阅读次数:217 评论数:0 收藏 打印 
由于环境恶化和白色污染问题日益严重,利用天然资源材料与可降解聚合物复合开发新型复合材料已成为复合材料研究的热点之一。近些年,塑木复合材料(WPC)的研究引起了社会广泛的关注。相比传统塑木复合材料,聚乳酸(PLA)塑木复合材料由于其良好的生物可降解性而有更好的应用价值。



目前,PLA主要由丙交酯开环聚合法和直接聚合法合成。直接合成的PLA如果不进行改性加工,则其力学性能不佳、热稳定性差等缺陷将会限制其应用。为了扩大PLA的应用范围,通常需对其进行改性,常用的改性方法包括:增韧改性、共混改性及共聚改性。在共混改性的方法中,通过加入木粉对其进行物理改性可以有效地提高PLA的力学强度。然而在直接混合后通过注塑成型得到的PLA塑木复合材料中,虽然木粉能够均匀地分散在PLA基体中,并得到PLA大分子的有效包裹,但界面相容性较差,降低了复合材料的冲击韧性。同时,木粉的加入限制了PLA大分子链的运动,降低了PLA的立构规整度,导致PLA结晶能力显著降低。为提高PLA塑木复合材料的韧性,需要对其进行增韧改性。

随着木粉含量的增加,PLA塑木复合材料弹性模量增加,韧性有一定程度的下降。这是由于虽然木粉能分散在PLA基体中,然而PLA属非极性,木粉是极性物质,两者难以有效结合,导致界面相容性差。当受到冲击作用时,界面黏结处容易诱发应力集中,导致材料断裂。因此,木粉在PLA中的形态和两者的界面相容性是决定复合材料物理力学性能的关键因素。

木粉增韧PLA的机理是木粉表面的基团与PLA发生酯交换反应。例如,纤维素中的伯羟基与PLA的端羧基反应,部分PLA分子接枝到木粉表面,木粉表面的大量PLA长支链与基体中的PLA相互缠结,从而实现增韧。由木粉增韧机理可以看出,填充木粉的形态结构对复合材料的韧性起到了重要作用。木粉粒径对复合材料性能的影响十分明显,较大粒径的木粉有利于复合材料弯曲性能和冲击强度的提高。复合材料弯曲性能随木粉粒径增大而增大。粒径减小,可以增加木粉的比表面积,木粉与PLA相互作用的面积增大,材料断裂时消耗更多的冲击能量,提高塑木复合材料的韧性。

由于白色污染问题越来越严重,可生物降解高分子复合材料的应用将会越来越广。PLA塑木复合材料尽管强度较高,但韧性较差,寻找一种能够显著提高其韧性的方法是目前一个研究热点。PLA塑木复合材料虽然有价格较贵、韧性较差的缺点,但是经过改性加工,其韧性能够得到显著提升,而且PLA具有生物可降解性,应用前景非常广阔。随着科学技术的不断发展和研究工作的深入,将会出现更有效的PLA塑木复合材料增韧改性方法,并可以带来重大的经济和社会效益。
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