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1、乙烯-乙酸乙烯共聚物的共混工艺及力学性能第35卷第4期东华大学l自然科学版)Vo1.35,No.42009年8月JOURNALOFDONGHUAUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Aug.2009文章编号:16710444(2009)04037605聚乳乙烯一乙酸乙烯共聚物的共混工艺及力学性能孙强英h,黄莉茜hb,林宗华(1.东华大学a.纺织学院|b.纺织面料技术教育部重点实验室,上海201620;2.莆田出入境检验检疫局,福建莆田351100)摘要:分别以乙烯一丙烯酸甲酯一甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)和马来酸酐接枝乙烯一乙酸乙烯酯(EVAMAH)作为增容剂,采用熔
2、融共混的方法制备了聚乳酸(PLA)/乙烯一乙酸乙烯共聚物(EVA)/增容剂三元共混物.力学分析和扫描电镜结果表明,E-MA-GMA对PIA/EVA共混物有更好的增容效果,PLA/EVA/E-MA-GMA共混物比例为90/10/5时缺口冲击强度最高,为最佳共混组分比例.关键词:聚乳酸(PLA)/乙烯一乙酸乙烯共聚物(EVA);共混工艺;增容;力学性能中图分类号:TB324文献标志码:APreparationandMechanicalPropertiesofPoly(1acticacid)/Poly(ethyleneCOvinylacetate)BlendsSUNQiang-yingh,HUANG
3、Liqian,LINZong-hua2(&CollegeofTextiles;b.KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,1.DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;2.PutianEntry-ExitInspectionandQuarantineBurean,PutianFujian351100,China)Abstract:Poly(1acticacid)(PIA)/poly(ethylene-co-vinylacetate)(EVA)/compatibi
4、lizerblendswerepreparedbymeltmixing,respectivelyusingethylene-methylacrylatglycerylmethacrylateterpolymer(E_MA-GMA)andmaleicanhydridegraftedethylenevinylacetatecopolymer(EVAMAH)ascompatibilizers.TheresultsofmechanicalpropertiesandSEMshowthatE_一MAGMAisamoreeffectivecompatibilizerforPIA/EVAblends.Theo
5、ptimizedblendingweightratioforPLA/EVA/E_MAGMAblendsiS90/10/5.whichhasthehighestnotchedimpactstrength.Keywords:poly(1acticacid)(PIA)/poly(ethylene-co-viny1acetate)(EVA);blendingtechnology;compatibilization;mechanicalproperties聚乳酸(PIA)是一种以淀粉,纤维素等碳水化合物为原料,经水解,发酵,纯化,聚合而成的脂肪族聚酯,在体内或土壤中经微生物作用降解生成乳酸,最终代谢产物
6、为水和二氧化碳.PIA因其良好的生物降解性,生物相容性以及加工性,受到了广泛的关注.PIA材料的开发和应用,不但可解决环境污染问题,更重要的意义在于为以石油资源为基础的塑料工业开辟了取之不尽的原料资源.但收稿日期:2008一l124基金项目:毅商部留学回围人员科研启动捧金资助项目(敦外司200721号)作者简介:孙强螅(13一),欠.尔济J人,硕i.,研究为纺织协料j纺织品没黄绚l碡(通汛联系人),女,ft投授,Email:hhtiandhu.cdU.CI1第4期孙强英,等:聚乳酸/乙烯一乙酸乙烯共聚物的共混工艺及力学性能377PIA性脆,断裂伸长小,韧性差,热稳定性差,成本高等一系列问题限制
7、了其应用范围.高聚物共混改性属于物理改性,未改变高聚物大分子链结构,保留了原有高聚物的优点,同时通过添加新物质,改变了聚集态结构,从而赋予高聚物某些新的性能3_.通过共混改性,不但能够改善聚合物性能,还能达到降低成本的目的,制得价格低廉,用途广泛的材料.聚合物共混是改善聚合物韧性的一种方法.文献报道与聚乳酸共混的有聚己内酯(PCI),聚己二酸一对苯二甲酸丁二酯(PBAT),聚氨酯(PU),乙烯一乙酸乙烯共聚物(,A),乙烯丙烯酸甲酯一甲基丙烯酸缩水甘油酯(EMAGrv)E0等.其中,付学俊【8研究了EVA增韧聚乳酸体系的力学,热学和结晶性能,结果表明,EVA的加入改善了共混物的韧性,但由于两者
8、的相容性差,当EVA的质量分数超过25后,其在PLA中的分散均匀性较差,两相的黏结性差,导致增韧效果下降.为改善PIA的力学性能,本文以EVA作为增韧剂,分别选用EMAGMA和马来酸酐接枝乙烯一乙酸乙烯酯(E,AMAH)作为增容剂,与PI.A进行熔融共混,并设计了不同组分含量的共混工艺,通过扫描电镜(SEM)观察和力学性能测试,得到最佳共混工艺.1实验1.1主要原料PIA:黏均相对分子质量为1O万,熔融指数为(190)48g/10min,深圳市光华伟业实业有限公司;EVA:牌号EVA183,乙酸乙烯质量分数为18,熔融指数为(190)23g/10rain,北京有机化工厂;EMAGMA:I.ot
9、aderAX一8900,ElfAtochem公司;EVA一H:南京德巴化工有限公司;产品牌号EVAG1,MAH接枝率为1.10.1.2主要仪器和设备哈克转矩流变仪,HAAKERC90,德国哈克公司;平板硫化机,QIB,上海大中华橡胶机械公司;双螺杆挤出机,EUROIAB16,ThermoHakke公司;万能材料实验机,WDW一20,上海华龙测试仪器公司;万能制样机,XWZY一1,承德市考思科学检测有限公司;多功能冲击实验机,XJJUD一500,承德市考思科学检测有限公司;扫描电子显微镜,JSM一56001V,日本JEOI公司.1.3共混实验1.3.1增容刘的选择为改蔷II,|与f=VA的干容性
10、,分别选用FMAH和EMAGMA作为增容剂,熔融共混制备以下试样以考察增容剂的增容效果,如表1所示.表1采用不同增容剂的共混试样Table1Blendsofdifferentcompatibilizer试样编号PIA/EVA/增容剂1#2拉3#70/30/O70/30/5(EVAMAH)70/30/5(EMAGMA)1.3.2共混物组分的优化在确定增容剂后,制备不同组分质量比的共混试样以优化共混工艺,如表2所示.表2不同组分质量比的共混试样Table2Blendsofdifferentcompositionratio试样编号PLA/EVA/EMAGMA4芷5#6#7#8#9#1.3.3共混试样
11、的制备过程(1)将PIA,EVA,增容剂在烘箱中在50下干燥12h,然后在150时按一定配比将原料颗粒加入哈克转矩流变仪中进行共混,然后使温度继续上升到170,总共混时间为10rain.将共混后的粒料在烘箱中5O干燥12h,然后在平板硫化机上热压成1mm薄片,根据GB/T10401992裁剪试样进行拉伸测试.试样为哑铃形,中间部分尺寸为33mmX6mm.(2)将PIA,EVA,增容剂在烘箱中在50下干燥12h,然后按一定配比在双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出.螺杆各段温度为165180,机头温度为170,螺杆转速为60r/min,挤出后用水冷却,造粒.共混物颗粒在烘箱中5o下干燥12h,然后在平
12、板硫化机上热压成4mm厚样条,根据GB/T1O431980裁剪试样进行冲击测试.试样尺寸为63.5mm4mmX12.7mm.1.4共混物形态和力学性能测试(1)SEM:将拉伸试样置于液氮中冷却脆断,脆断面经真空镀金后拦于扫描电子显微镜上观察并拍照;取拉伸断裂后的试样,在断裂面上镀金,然后用扫描电子显微镜对断面进行观察并拍照.(2)托伸性能测试:试样夹持距为80n,33K42l77689378东华大学(自然科学版)第35卷拉伸速度为50mm/min,测试5个试样取平均值.(3)缺口冲击强度测试:悬臂梁冲击,测试5个试样取平均值.(c)PLA/EVA/EMAGMA:(d)PLA/EVA/EMAGM
13、A70/30/5(l000)70/30/5(x5000)图1共混物脆断面SEM照片Fig,.1SEMmitnrographsofblendscyro-fracturedsurfaces从图1(a)可以看出,PLA/EVA共混物断面呈明显的海岛两相结构,PLA为连续相,EVA为分散相,EVA以球形颗粒分散于PLA基体中,分散相颗粒大,分散相与基体之间界面清晰,基体中存在因分散相的脱落而形成的凹槽,槽壁光滑,说明分散相与基体之间的黏结性很差.从图l(b)看出,加入EVAMAH后,PIA基体中出现较多粒径较小的EVA颗粒,但仍存在较多粒径大于20/xm的分散相,且分散相与基体之间界面清晰,分散相脱落
14、形成的凹槽槽壁光滑,说明加入EVAMAH后未明显改善PIA与EVA之间的黏结性.增容剂EVAMAH为EVA与马来酸酐的接枝物,因为主链结构与EVA相同,因而与EVA有较好的相容性,使得共混过程中降低了EVA相的表面张力,利于EVA在基体中的分散,但由于支链上马来酸酐的活性较低,所以在实验条件下并没有与PIA分子链发生预期的化学反应,因而未能有效地改善共混物中两相的黏结性.从图1(c)看出,加入增容剂EMAGMA后,分散相粒径明显减小,且粒径均匀.图1(d)为图1(c)的局部放大,从图1(d)中可以看出,加入增容剂EMAGMA后,分散相与基体相界面模糊,两相间具有很好的黏结性,部分分散相脆断后留
15、在了基体中.这说明引入EMAGMA增容剂后,在熔融共混过程中,增容剂降低了PLA基体与EVA分散相的界面张力,使分散相粒子在熔融过程中的剪切力作用下被细化和分散,得到分散相粒子小且分布均匀的共混物,并且强化了分散相与基体之间的界面黏结.这是因为一方面聚合物EMAGMA与EVA主链上带有相同的一cH2一CH:一及一cH:CH一基团,支链上都带有极性基团,结构相似,因此具有一定的相容性;另一方面EMAGMA含有的环氧基团可以与PLA上的羟基和(或)羧基发生反应,因此EMAGMA的加入使得共混过程中两相的界面张力下降,两相间的接触面积增加,有利于聚合物链段的相互扩散,使两相之间形成一定厚度的界面层,
16、界面层在两相间起到了黏合作用,因而增加了两相的黏合力.2.1.2力学性能分析图2和表3分别为PIA和采用不同增容剂制得的共混物的拉伸曲线及力学性能指标.7O6O5O4O芝3O2OlOOOlO2O3O4045/%图2共混物的应力一应变曲线Fig.2Strain-stressCUlt-vesofblends表3共混物的力学性能指标Table3Mechanicalpropertiesofblends380东华大学(自然科学版】第35卷兰之咏十甘-E-口二.,E骥?国是臣击强度先增加后减小,这说明增容剂EMAGMA的用量存在临界值,5#试样的冲击强度最高;增容剂质量比不变,共混物缺口冲击强度随EVA的
17、增加而降低,当共混物PLA/EVA/EMAGMA质量比为90/10/5时,缺口冲击强度最高,比纯PI.A增加了247.79,为最佳共混组分质量比.()增容剂质量比对冲击性能的影响29857掣试样编号(b)EVA质量比对冲击性能的影响3【456图4PLA/EVA/EMAGMA共混物的冲击强度7Fig.4TheimpactstrengthofPLA/EVA/EMAGMA综上所述,当PIA/EVA/EMAGMA质量比为90/10/5时,共混物的缺口冲击强度值最高,比纯PIA增加了247.79.有关不同共混比例的共混物的细观结构对共混物冲击断裂性质的影响,将在以后的实验中进行.3结论(1)SEM和拉伸
18、性能结果表明:EMAGMA能有效地增加PIA/EVA共混物的相容性,使得共混物断裂伸长率和缺口冲击强度明显提高;EVAMAH对共混物的增容效果不明显.(2)PIA/EVA/EMAGMA共混物冲击实验表明:随着增容剂质量比的增加,共混物的缺口冲891O1213参考文献朱久进,王远亮,胡勇,等.聚乳酸的合成,微观结构及性能J.材料与印刷,2005,2(26):l一3.高翠丽,夏延致,纪全,等.聚乳酸的改性研究J.材料导报,2006,5(20):372374.李瑞森,赵家森.PET/EVA共混物的制备及其相容性的研究J.化工新型材料,2002,3(7):3840.L6PEZ-RODPdGuN,b6P
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