PPC_PHB复合材料的结构与性能及阻隔机理研究

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1、硕士学位论文PPC/PHB复合材料的结构与性能及阻隔机理研究作者姓名张梦迪学科专业材料加工工程指导教师蒋果教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月Studyonstructureandpropertiesofpoly(propylenecarbonate)/Poly-3-hydroxybutyratecompositeanditsbarriermechanismADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangmengdiSupervisor：JiangGuoSouthChinaUniversityofTechno

2、logyGuangzhou,China分类号：TQ32学校代号：10561学号：201520101448华南理工大学硕士学位论文PPC/PHB复合材料的结构与性能及阻隔机理研究作者姓名：张梦迪指导教师姓名、职称：蒋果教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：塑料改性加工技术论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年5月28日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：彭响方（教授）委员：陈玉坤（研究员）蒋果（教授）张水洞（教授）牟文杰（副教授）摘要聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）是由二氧化碳和环氧丙烷合成的一种脂肪族聚碳酸酯，完全生物降解且

3、具有较好的气体阻隔性能，然而PPC的热力学性能较差，氧气阻隔性能仍低于传统阻隔材料EVOH，应用受到限制。聚-3-羟基丁酸酯（PHB）是由生物发酵产生的一类热塑性聚酯，完全生物可降解，阻隔性能优异，力学强度和模量与聚丙烯相似，然而PHB脆性大，加工窗口窄，限制了其推广应用。将PHB与PPC进行共混改性，可以有效增强PPC的力学性能和阻隔性能，将为PPC和PHB在包装材料的进一步应用提供新方法和理论指导。首先采用哈克转矩流变仪熔融共混制备PPC/PHB共混材料，通过红外光谱分析PPC与PHB之间相互作用、差示扫描量热（DSC）和偏光显微镜（POM）分析复合材料的结晶性能，结果表明PPC与PHB之

4、间存在着较强的氢键作用力，PHB的加入提高了复合材料的拉伸强度和氧气阻隔性能。基于分子间氢键可以加强树脂基体与填料之间的相互作用，在PPC/PHB体系中引入纳米微晶纤维素（CNC）作为增强填料，考虑到CNC的分散性问题，以水溶性的聚乙二醇（PEG-10000）作为CNC载体，制备了PEG/CNC母料，将其分别与PPC和PPC/PHB复合材料熔融共混制备PPC-PEG-CNC和PPC-PEG-CNC-PHB复合材料，研究CNC在复合材料中的分散效果以及对复合材料力学性能和阻隔性能的影响。结果表明PEG对CNC能起到良好的促进分散作用，PPC/PEG/0.7CNC复合材料的氧气阻隔性能比纯PPC提

5、高了20倍，对于PPC-PEG-CNC-PHB复合材料，当CNC含量为1wt%时，其氧气阻隔性能提高了18倍。分析其原因，主要是因为CNC对气体分子具有不可透过性，同时具有较大的径厚比，当其均匀分散到聚合物基体中时，会阻碍气体渗透分子在基体中的扩散，延长气体渗透分子在垂直方向的扩散路径。基于PPC/PHB共混体系结构和工业应用的考虑，采用连续挤出法制备PPC/PHB复合材料，主要研究共混体系的相形态以及流变性能。结果表明PHB含量在10wt%和20wt%时，PPC和PHB的相容性较好，随着PHB含量增大到30wt%时，两相相容性变差。在此基础上，引入Ax8900（乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩

6、水甘油酯无规三元共聚物）作为增容剂对PPC/PHB复合材料进行反应增容，研究增容剂含量对体系流变行为，相形态、力学性能的影响。SEM结果表明增容剂对PPC/PHB共混体系起到了一定增容的作用，PPC/PHB复合材料样品的拉伸强度随着增容剂含量的增加呈现先增大后降低的趋势。当增容剂含量为2wt%时，复合材料的拉伸强度达到最大值20.71Mpa，复合材料的I断裂伸长率和断裂能随着增容剂含量的增大而逐渐渐增大。基于PHB对复合材料力学和阻隔性能的有效增强，Ax8900能进一步提高两相的相容性，采用挤出吹塑制备了PPC/PHB/Ax8900复合材料薄膜，研究了PHB含量对薄膜微观形态、光学性能、力学性

7、能和阻隔性能的影响。SEM观察到制备的薄膜沿拉伸方向发生了一定的取向，力学测试结果表明薄膜的拉伸强度随着PHB含量的增大逐渐增大，薄膜的纵向拉伸强度比横向的大，横向直角撕裂强度比纵向略高，这是因为薄膜在吹塑成型过程中沿纵向受到的拉伸作用更大。薄膜的水蒸气渗透系数和氧气渗透系数均随着PHB含量的增大而不断减小，表明其阻水及阻氧性能得到提高。当PHB含量为30wt%时，与纯PPC相比，复合材料薄膜的氧