木炭/聚乳酸/离子聚合物复合材料的制备及性能研究开题报告

全文总字数：3218字

1. 研究目的与意义

生物降解塑料是一类可被环境中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解，最终生成对环境无污染的物质的塑料，其中聚乳酸(PLA)以其优良的性能和潜在的成本优势倍受人们的关注。PLA是一种热塑性聚酯，具有很好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性，且兼具PP，PE，PST等塑料的优点，被产业界认为是最有发展前途的绿色包装材料。但是PLA还存在很多缺陷，如：冲击韧性差，与工程塑料相比，力学强度较低，热稳定性较差等。因此对PLA的增强改性具有很重要的研究意义和市场应用价值。与传统的木粉填料相比，前期研究表明木炭增强高分子聚合物具有更高的力学强度及更好的表面质量，因此本论文探索利用木炭对PLA的增强效果及热稳定性能等。同时具有塑料和橡胶特性的有机离子聚合物（Ionomer）被证明可以有效地改进产品的抗冲击韧性。已经商品化的一种乙烯基离子聚合物(商品名Surlyn)是乙烯-甲基丙烯酸的共聚物。本论文以PLA为原料，旨在开发出一种高强度，高冲击韧性、热稳定性优良的可生物降解绿色复合材料。

2. 国内外研究现状分析

3.1聚乳酸的增强增韧改性研究

目前聚乳酸的增强方法主要有纤维材料共混增强和纳米材料填充增强两种方式。可以用来增强聚乳酸的纤维材料主要有天然纤维、玻璃纤维和碳纤维三种。天然纤维主要有纤维素和木质素，将天然纤维与聚乳酸共混后，聚乳酸的强度提高，同时，还能保持聚乳酸原有的生物可降解性。利用天然纤维增强聚乳酸主要有以下优点：①原材料来源广泛。天然纤维来源于植物，自然界中可以利用的原材料较多。②绿色环保。天然纤维取材过程污染较小，较合成纤维需要消耗大量石油资源优势较明显。③生物可降解。无论是聚乳酸基体还是纤维增强材料，都可以被微生物分解，不会造成不可复原的环境破坏。但是，由于天然纤维具有亲水性，与亲油的高分子材料之间的相容性较差，因此，要获得较好的增强效果，需要对亲水的天然纤维进行必要的表面改性，以改善其与基体树脂之间的相容性。郭伟娜等[8]通过模压成型工艺制备了黄麻纤维增强聚乳酸复合材料，复合材料的力学性能得到一定的提高。

增韧改性主要有共混改性、共聚改性和改善加工工艺三种方法。聚乳酸中加入比其模量更低的弹性体或者增塑剂，当聚乳酸收到冲击时，增韧剂可以吸收或分散冲击能量，从而改善聚乳酸的韧性。改性物质主要有甲基丙烯酸酯、abs、聚乙二醇等。居学成[9]等人研究了羟丙基淀粉/pla的共混改性，报道表明：硅烷偶联剂的加入改善了羟丙基淀粉和聚乳酸的相容性，复合材料的生物降解性有所提高，但力学性能提高不明显。

3. 研究的基本内容与计划

（1）利用hakkeminilab制备出不同含量配方的木碳粉/聚乳酸/离子聚合物三元共混复合材料；

（2）测试挤出成型制备的木碳粉/聚乳酸/离子聚合物复合材料的力学性能、流变性能、热膨胀性能和动态粘弹性，分析碳粉对复合材料的增强效果及离子聚合物对复合材料的增韧效果，通过sem和ftir从微观角度进行分析解释；

（3）利用hakkeminilab制备相同比例配方的木粉/聚乳酸/离子聚合物三元复合材料，对比木炭和木粉分别对聚乳酸的增效效果。

4. 研究创新点

聚乳酸作为最具发展前景的一种新材料，具有诸多优点。但其耐热性差、脆性大、强度较差等缺陷严重限制了其应用范围。本课题以木碳粉、离子聚合物改性聚乳酸，有效提高其力学性能，改善其冲击韧性，针对性地改善聚乳酸的缺点，有效扩大其应用范围，因此具有一定的理论研究意义和较好的市场前景。从国内外天然纤维增强复合材料的发展可以看出，天然纤维增强复合材料的研究虽然较多，但是利用木炭粉增强高分子材料的研究很少，而且利用离子聚合物作为增韧剂和界面相容剂的研究更为少见。