聚丙撑碳酸酯/淀粉共混体系的结构与性能研究

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在可持续发展理念指引下,生物降解塑料得到了学术界和产业界的极大关注。聚丙撑碳酸酯(PPC)由工业废气二氧化碳和环氧丙烷聚合而得,具有良好的生物相容性、生物降解性及优异的阻隔性,在包装材料、生物组织工程等领域具有潜在应用。然而,由于PPC属于非晶聚合物,分子链柔性大,分子间作用力小,玻璃化转变温度低,力学性能较差,因而限制了其应用领域。淀粉是由葡萄糖单元构成的植物多糖,具有来源广、价格低和可生物降解等优点。将PPC与淀粉进行共混,若能有效的实现对PPC改性,这将成为最简便的改性技术方法。  PPC/淀粉共混物具备完全可生物降解性,且淀粉的加入不仅降低了材料的成本,还能提高PPC的模量。然而,在以往的研究中,淀粉相绝大多数是以原颗粒状或海岛状形态分散于PPC基体中,这样的分散状态使得PPC与淀粉的接触面积相对较少,淀粉不能有效发挥作用。根据淀粉在水的存在下具有热塑性的这一性质,本论文提出了针对PPC/淀粉体系的水辅助加工方法,并且选择适宜的阻燃剂赋予体系的阻燃特性。取得的主要研究结果包括:  (1)分别采用普通熔融共混法和水辅助加工法制备了具有不同共混形态的PPC/淀粉共混物,并研究了淀粉分散形态对共混物的玻璃化转变温度(Tg)、流变以及力学性能的影响。研究结果表明:采用普通熔融共混法时,淀粉未发生糊化,并以原颗粒状分散于基体中。而采用水辅助加工法时,淀粉发生糊化,并在挤出过程中原位形成纤维结构,纤维的直径在1~6μm。当淀粉以纤维形式分散于PPC基体中时,与PPC间的接触面积显著增加,二者的相互作用增强,PPC/淀粉共混物的Tg、储能模量以及复合黏度显著提高。力学性能测试结果表明,当淀粉质量分数为30%,采用水辅助加工法制备的PPC/淀粉共混物的拉伸模量相比于纯PPC提高了67.7%。  (2)通过水辅助加工发泡技术制备出了PPC/淀粉泡沫,同时引入无卤阻燃剂氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)、多聚磷酸铵(APP),探索加入阻燃剂后PPC/淀粉共混物的发泡性能及所获得泡沫的基本性能表征。结果表明:三种阻燃剂加入PPC/淀粉体系后均能有效发泡,获得具有不同特性的泡沫材料。PPC/淀粉、PPC/淀粉/MH、PPC/淀粉/ATH、PPC/淀粉/APP四种泡沫均为开孔泡沫,表观密度分别为0.1285g/cm3、0.0581 g/cm3、0.0485g/cm3、0.1437g/cm3,其中ATH、MH加入大幅降低了该体系的泡沫密度。PPC/淀粉/MH、PPC/淀粉/ATH、PPC/淀粉/APP三种泡沫的Tg与PPC/淀粉泡沫的Tg基本相同,均高于纯PPC的Tg。TGA结果表明,与纯PPC相比,四种泡沫的热稳定性均优于纯PPC。与PPC/淀粉泡沫相比,PPC/淀粉/MH、PPC/淀粉/ATH、PPC/淀粉/APP三种泡沫的阻燃性能均有所提高,PPC/淀粉/MH、PPC/淀粉/ATH泡沫的阻燃效果相近,点燃后燃烧的火焰小于PPC/淀粉,但未能实现离火自熄。而PPC/淀粉/APP阻燃效果最优,空气中垂直燃烧能达到离火自熄,LOI达到27.5%,UL94达到Ⅴ-0级。
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