聚乳酸_天甲橡胶_天然橡胶生物基TPV的制备与性能研究

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1、硕士学位论文聚乳酸/天甲橡胶/天然橡胶生物基TPV的制备与性能研究作者姓名王文涛学科专业材料加工工程指导教师陈玉坤研究员所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月PreparationandPropertiesofBio-basedpolylacticacid/polymethylmethacrylategraftednaturalrubber/naturalrubberTPVADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangWentaoSupervi

2、sor：Prof.ChenYukunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,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聚乳酸/天甲橡胶/天然橡胶生物基TPV的制备与性能研究作者姓名：王文涛指导教师姓名、职称：陈玉坤研究员申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：橡塑共混及改性论文提交日期：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

3、：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）摘要为了减缓石油基材料所带来环境污染问题，摆脱对石油资源的过度依赖，生物基材料聚乳酸（PLA）的应用受到了大家的密切关注。但是，PLA本身较差的韧性，在很大程度上限制了它的应用，所以PLA的增韧改性成为了国内外研究的热点。传统的增韧改性往往以大幅度牺牲其刚性为代价，如何实现力学性能上的刚韧均衡成为了难以突破的瓶颈。本文首先以PLA和天然橡胶接枝甲基丙烯酸甲酯（NR-PMMA）为原料，以过氧化二异丙苯（DCP）为自由基引发剂，采用动态硫化法，制备

4、了刚韧均衡的PLA/NR-PMMA二元生物基热塑性硫化胶（TPV），并对其相态结构、力学性能、结晶性能和流变性能等进行了系统的研究。在此基础上，加入NR-PMMA和NR（天然橡胶）对PLA进行协同增韧，采用相同方法制备了低橡胶含量时兼具高韧性和刚韧均衡双重特性的PLA/NR-PMMA/NR三元生物基TPV。同时，采用基本断裂功法（EWF）、仪器化冲击实验和双连续增韧理论模型三种方法对增韧机理进行了深入的研究，研究结果如下：（1）PLA/NR-PMMA二元TPV的研究。红外光谱（FT-IR）研究表明，在动态硫化的过程中，DC

5、P在引发NR-PMMA相交联的同时，还引发了PLA相和NR-PMMA相之间的接枝反应，在界面处形成了两者的接枝物，充分提高了界面相容性，冲击强度大幅度提高。当NR-PMMA的含量为40wt%时，D60/40-1.5%的综合力学性最优，冲击强度（102.7kJ/m2）约为PLA（2.75kJ/m2）的37.3倍，同时拉伸强度和杨氏模量下降幅度较小，分别为34.5MPa和1.04GPa（比纯PLA下降50.5%和46.7%）。SEM的分析结果表明，交联的NR-PMMA相以连续网状结构分布在PLA基体中，形成了与传统“海-岛”结

6、构不同的双连续相结构，当材料受到外力作用时，此结构能够起到很好的支撑作用，及时传递和吸收能量，最终赋予了TPV刚韧均衡的特性。双连续增韧理论模型在考虑了塑料基体特性、橡塑比、接枝率、孔洞尺寸及分布等参数的情况下，得出的理论冲击强度与实际冲击强度值相似度非常高，很好的反映了TPV的韧性大小。（2）在PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的研究。固定橡塑比为80/20，同时添加10wt%的NR-PMMA和NR进行协同增韧时，D80/10/10-2.0%的综合力学性能最优，冲击强度由纯PLA的2.75kJ/m2提高至91.30k

7、J/m（2纯PLA的33.2倍左右），比D80/0/20-2.0%I（7.07kJ/m2）和D80/20/0-2.0%（31.85kJ/m2）冲击强度总和的2倍还要高，并且拉伸强度和杨氏模量分别达到了41.7Mpa和1.04GP（a相比纯PLA下降38.2%和40.5%）。FT-IR、界面接触角和SEM分析结果表明，由于组分间的极性差异，橡胶相以一种NR-PMMA包裹NR的“硬包软”橡胶网络结构存在于PLA基体中。结晶行为和流变行为研究表明，当NR-PMMA/NR的质量比大于10/10时，这种“硬包软”橡胶网络结构趋于完善

8、，橡胶相与PLA基体的界面基本相同。增韧机理研究表明，外层的NR-PMMA提供较高的抗冲击性和较强的界面结合力，内层的NR则提供形变所需要的柔韧性，在能量消耗和应力扩散方面将达到一种协同效应，所以增韧效果十分显著。（3）PLA/NR-PMMA/NR三元TPV的断裂行为的理论研究。EWF方法研究结果表明，