四川大学傅强教授课题组:通过添加气相二氧化硅纳米颗粒提高聚乳酸/乙烯-醋酸乙烯酯共混物的冲击韧性
气相二氧化硅(SiO2)可以有效地调节弹性体增韧塑料二元共混物的相形态和性能。研究表明,SiO2的选择性分布对体系的形态和性能,特别是冲击韧性起着决定性的作用。但是目前基于热力学或/和动力学调控气相SiO2的选择性分布方法还存在一定的局限性。因此,开发一种简单、高效的新方法来调控气相SiO2在不相容共混物中的选择性分布具有重大的理论意义和应用价值。
基于上述背景,四川大学高分子科学与工程学院傅强教授课题组以聚乳酸/乙烯-醋酸乙烯酯(PLA/EVA)体系为模型,通过调控SiO2的比表面积来调节其在共混物中的选择性分布,将PLA、EVA和SiO2同时熔融共混制备样品。通过TEM (图1) 观察发现几乎所有的低比表面积的SiO2 (A50) 都分布在两相界面处 (图1 a,a’);中比表面积的SiO2 (A200)在两相的界面处和EVA内部均有分布 (图1 b,b’) ;而大部分高比表面积的SiO2 (A380)分布在EVA相内部 (图1 c,c’)。
由于EVA的熔点远低于PLA的熔点,EVA相先熔化,因此SiO2初始分布在EVA相中。而根据润湿系数的计算发现SiO2的热力学平衡位置是在PLA相中(表1、表2)。所以在加工过程中,SiO2会从EVA向PLA相迁移。TGA结果证明比表面积越高的SiO2的吸附分子链能力越强(图2),因此,其填充的EVA相的粘度越高(图3,其中,在EVA中SiO2的含量在二元EVA/25SiO2与三元85PLA/15EVA/5SiO2是保持一致的),SiO2迁移速度也越慢,故更难迁移到界面处。
图2 PLA、EVA和不同比表面积的纯的SiO2以及从85PLA/15EVA/5SiO2纳米复合材料中分离出的SiO2 的TGA曲线
图3 EVA/25A50、EVA/25A200和EVA/25A380纳米复合材料的熔体粘度随剪切速率的变化
图4 含有不同含量、不同比表面积SiO2的85PLA/15EVA共混物的缺口冲击强度
图5 含有不同含量、不同比表面积SiO2的85PLA/15EVA共混物的拉伸性能:(a) 屈服强度和 (b) 杨氏模量
图6 界面裂纹扩展机理示意图:(a) 85PLA/15EVA、85PLA/15EVA/A380和(b) 85PLA/15EVA/A200、85PLA/15EVA/A50
原文链接:
http://www.cjps.org./article/doi/10.1007/s10118-021-2565-4?pageType=en
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