乙烯-乙酸乙烯共聚物的共混工藝及力學性能.doc

乙烯-乙酸乙烯共聚物的共混工藝及力學性能第35卷第4期東華大學l自然科學版)vo1.35,no.42009年8月journalofdonghuauniversity(naturalscience)aug.2009文章編號:16710444(2009)04037605聚乳乙烯一乙酸乙烯共聚物的共混工藝及力學性能孫強英h,黃莉茜hb,林宗華(1.東華大學a.紡織學院|b.紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室,上海201620;2.莆田出入境檢驗檢疫局,福建莆田351100)摘要:分別以乙烯一丙烯酸甲酯一甲基丙烯酸縮水甘油酯(e-ma-gma)和馬來酸酐接枝乙烯一乙酸乙烯酯(evamah)作為增容劑,采用熔融共混的方法制備了聚乳酸(pla)/乙烯一乙酸乙烯共聚物(eva)/增容劑三元共混物.力學分析和掃描電鏡結(jié)果表明,e-ma-gma對pia/eva共混物有更好的增容效果,pla/eva/e-ma-gma共混物比例為90/10/5時缺口沖擊強度最高,為最佳共混組分比例.關(guān)鍵詞:聚乳酸(pla)/乙烯一乙酸乙烯共聚物(eva);共混工藝;增容;力學性能中圖分類號:tb324文獻標志碼:apreparationandmechanicalpropertiesofpoly(1acticacid)/poly(ethylenecovinylacetate)blendssunqiang-yingh,huangliqian,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)/compatibilizerblendswerepreparedbymeltmixing,respectivelyusingethylene-methylacrylatglycerylmethacrylateterpolymer(e_ma-gma)andmaleicanhydridegraftedethylenevinylacetatecopolymer(evamah)ascompatibilizers.theresultsofmechanicalpropertiesandsemshowthate_一magmaisamoreeffectivecompatibilizerforpia/evablends.theoptimizedblendingweightratioforpla/eva/e_magmablendsis90/10/5.whichhasthehighestnotchedimpactstrength.keywords:poly(1acticacid)(pia)/poly(ethylene-co-viny1acetate)(eva);blendingtechnology;compatibilization;mechanicalproperties聚乳酸(pia)是一種以淀粉,纖維素等碳水化合物為原料,經(jīng)水解,發(fā)酵,純化,聚合而成的脂肪族聚酯,在體內(nèi)或土壤中經(jīng)微生物作用降解生成乳酸,最終代謝產(chǎn)物為水和二氧化碳.pia因其良好的生物降解性,生物相容性以及加工性,受到了廣泛的關(guān)注.pia材料的開發(fā)和應用,不但可解決環(huán)境污染問題,更重要的意義在于為以石油資源為基礎(chǔ)的塑料工業(yè)開辟了取之不盡的原料資源.但收稿日期:2008一l124基金項目:毅商部留學回圍人員科研啟動捧金資助項目(敦外司200721號)作者簡介:孫強螅(13一),欠.爾濟j人,碩i.,研究為紡織協(xié)料j紡織品沒黃絢l碡(通汛聯(lián)系人),女,ft投授,email:hhtiandhu.cdu.ci1第4期孫強英,等:聚乳酸/乙烯一乙酸乙烯共聚物的共混工藝及力學性能377pia性脆,斷裂伸長小,韌性差,熱穩(wěn)定性差,成本高等一系列問題限制了其應用范圍.高聚物共混改性屬于物理改性,未改變高聚物大分子鏈結(jié)構(gòu),保留了原有高聚物的優(yōu)點,同時通過添加新物質(zhì),改變了聚集態(tài)結(jié)構(gòu),從而賦予高聚物某些新的性能3_.通過共混改性,不但能夠改善聚合物性能,還能達到降低成本的目的,制得價格低廉,用途廣泛的材料.聚合物共混是改善聚合物韌性的一種方法.文獻報道與聚乳酸共混的有聚己內(nèi)酯(pci),聚己二酸一對苯二甲酸丁二酯(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縮水甘油酯(emagrv)e0等.其中,付學俊【8研究了eva增韌聚乳酸體系的力學,熱學和結(jié)晶性能,結(jié)果表明,eva的加入改善了共混物的韌性,但由于兩者的相容性差,當eva的質(zhì)量分數(shù)超過25后,其在pla中的分散均勻性較差,兩相的黏結(jié)性差,導致增韌效果下降.為改善pia的力學性能,本文以eva作為增韌劑,分別選用emagma和馬來酸酐接枝乙烯一乙酸乙烯酯(e,amah)作為增容劑,與pi.a進行熔融共混,并設(shè)計了不同組分含量的共混工藝,通過掃描電鏡(sem)觀察和力學性能測試,得到最佳共混工藝.1實驗1.1主要原料pia:黏均相對分子質(zhì)量為1o萬,熔融指數(shù)為(190)48g/10min,深圳市光華偉業(yè)實業(yè)有限公司;eva:牌號eva183,乙酸乙烯質(zhì)量分數(shù)為18,熔融指數(shù)為(190)23g/10rain,北京有機化工廠;emagma:i.otaderax一8900,elfatochem公司;eva一h:南京德巴化工有限公司;產(chǎn)品牌號evag1,mah接枝率為主要儀器和設(shè)備哈克轉(zhuǎn)矩流變儀,haakerc90,德國哈克公司;平板硫化機,qib,上海大中華橡膠機械公司;雙螺桿擠出機,euroiab16,thermohakke公司;萬能材料實驗機,wdw一20,上海華龍測試儀器公司;萬能制樣機,xwzy一1,承德市考思科學檢測有限公司;多功能沖擊實驗機,xjjud一500,承德市考思科學檢測有限公司;掃描電子顯微鏡,jsm一56001v,日本jeoi公司.1.3共混實驗1.3.1增容劉的選擇為改薔ii,|與f=va的干容性,分別選用fmah和emagma作為增容劑,熔融共混制備以下試樣以考察增容劑的增容效果,如表1所示.表1采用不同增容劑的共混試樣table1blendsofdifferentcompatibilizer試樣編號pia/eva/增容劑1#2拉3#70/30/o70/30/5(evamah)70/30/5(emagma)1.3.2共混物組分的優(yōu)化在確定增容劑后,制備不同組分質(zhì)量比的共混試樣以優(yōu)化共混工藝,如表2所示.表2不同組分質(zhì)量比的共混試樣table2blendsofdifferentcompositionratio試樣編號pla/eva/emagma4芷5#6#7#8#9#1.3.3共混試樣的制備過程(1)將pia,eva,增容劑在烘箱中在50下干燥12h,然后在150時按一定配比將原料顆粒加入哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中進行共混,然后使溫度繼續(xù)上升到170,總共混時間為10rain.將共混后的粒料在烘箱中5o干燥12h,然后在平板硫化機上熱壓成1mm薄片,根據(jù)gb/t10401992裁剪試樣進行拉伸測試.試樣為啞鈴形,中間部分尺寸為33mmx6mm.(2)將pia,eva,增容劑在烘箱中在50下干燥12h,然后按一定配比在雙螺桿擠出機上進行熔融共混擠出.螺桿各段溫度為165180,機頭溫度為170,螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min,擠出后用水冷卻,造粒.共混物顆粒在烘箱中5o下干燥12h,然后在平板硫化機上熱壓成4mm厚樣條,根據(jù)gb/t1o431980裁剪試樣進行沖擊測試.試樣尺寸為63.5mm4mmx12.7mm.1.4共混物形態(tài)和力學性能測試(1)sem:將拉伸試樣置于液氮中冷卻脆斷,脆斷面經(jīng)真空鍍金后攔于掃描電子顯微鏡上觀察并拍照;取拉伸斷裂后的試樣,在斷裂面上鍍金,然后用掃描電子顯微鏡對斷面進行觀察并拍照.(2)托伸性能測試:試樣夾持距為80n,33k42l77689378東華大學(自然科學版)第35卷拉伸速度為50mm/min,測試5個試樣取平均值.(3)缺口沖擊強度測試:懸臂梁沖擊,測試5個試樣取平均值.(c)pla/eva/emagma:(d)pla/eva/emagma70/30/5(l000)70/30/5(x5000)圖1共混物脆斷面sem照片fig,.1semmitnrographsofblendscyro-fracturedsurfaces從圖1(a)可以看出,pla/eva共混物斷面呈明顯的海島兩相結(jié)構(gòu),pla為連續(xù)相,eva為分散相,eva以球形顆粒分散于pla基體中,分散相顆粒大,分散相與基體之間界面清晰,基體中存在因分散相的脫落而形成的凹槽,槽壁光滑,說明分散相與基體之間的黏結(jié)性很差.從圖l(b)看出,加入evamah后,pia基體中出現(xiàn)較多粒徑較小的eva顆粒,但仍存在較多粒徑大于20/xm的分散相,且分散相與基體之間界面清晰,分散相脫落形成的凹槽槽壁光滑,說明加入evamah后未明顯改善pia與eva之間的黏結(jié)性.增容劑evamah為eva與馬來酸酐的接枝物,因為主鏈結(jié)構(gòu)與eva相同,因而與eva有較好的相容性,使得共混過程中降低了eva相的表面張力,利于eva在基體中的分散,但由于支鏈上馬來酸酐的活性較低,所以在實驗條件下并沒有與pia分子鏈發(fā)生預期的化學反應,因而未能有效地改善共混物中兩相的黏結(jié)性.從圖1(c)看出,加入增容劑emagma后,分散相粒徑明顯減小,且粒徑均勻.圖1(d)為圖1(c)的局部放大,從圖1(d)中可以看出,加入增容劑emagma后,分散相與基體相界面模糊,兩相間具有很好的黏結(jié)性,部分分散相脆斷后留在了基體中.這說明引入emagma增容劑后,在熔融共混過程中,增容劑降低了pla基體與eva分散相的界面張力,使分散相粒子在熔融過程中的剪切力作用下被細化和分散,得到分散相粒子小且分布均勻的共混物,并且強化了分散相與基體之間的界面黏結(jié).這是因為一方面聚合物emagma與eva主鏈上帶有相同的一ch2一ch:一及一ch:ch一基團,支鏈上都帶有極性基團,結(jié)構(gòu)相似,因此具有一定的相容性;另一方面emagma含有的環(huán)氧基團可以與pla上的羥基和(或)羧基發(fā)生反應,因此emagma的加入使得共混過程中兩相的界面張力下降,兩相間的接觸面積增加,有利于聚合物鏈段的相互擴散,使兩相之間形成一定厚度的界面層,界面層在兩相間起到了黏合作用,因而增加了兩相的黏合力.2.1.2力學性能分析圖2和表3分別為pia和采用不同增容劑制得的共混物的拉伸曲線及力學性能指標.7o6o5o4o芝3o2olooolo2o3o4045/%圖2共混物的應力一應變曲線fig.2strain-stresscult-vesofblends表3共混物的力學性能指標table3mechanicalpropertiesofblends380東華大學(自然科學版】第35卷蘭之詠十甘-e-口二.,e驥?國是臣擊強度先增加后減小,這說明增容劑emagma的用量存在臨界值,5#試樣的沖擊強度最高;增容劑質(zhì)量比不變,共混物缺口沖擊強度隨eva的增加而降低,當共混物pla/eva/emagma質(zhì)量比為90/10/5時,缺口沖擊強度最高,比純pi.a增加了247.79,為最佳共混組分質(zhì)量比.()增容劑質(zhì)量比對沖擊性能的影響29857掣試樣編號(b)eva質(zhì)量比對沖擊性能的影響3【456圖4pla/eva/emagma共混物的沖擊強度7fig.4theimpactstrengthofpla/eva/emagma綜上所述,當pia/eva/emagma質(zhì)量比為90/10/5時,共混物的缺口沖擊強度值最高,比純pia增加了247.79.有關(guān)不同共混比例的共混物的細觀結(jié)構(gòu)對共混物沖擊斷裂性質(zhì)的影響,將在以后的實驗中進行.3結(jié)論(1)sem和拉伸性能結(jié)果表明:emagma能有效地增加pia/eva共混物的相容性,使得共混物斷裂伸長率和缺口沖擊強度明顯提高;evamah對共混物的增容效果不明顯.(2)pia/eva/emagma共混物沖擊實驗表明:隨著增容劑質(zhì)量比的增加,共混物的缺口沖891o1213參考文獻朱久進,王遠亮,胡勇,等.聚乳酸的合成,微觀結(jié)構(gòu)及性能j.材料與印刷,2005,2(26):l一3.高翠麗,夏延致,紀全,等.聚乳酸的改性研究j.材料導報,2006,5(20):372374.李瑞森,趙家森.pet/eva共混物的制備及其相容性的研究j.化工新型材料,2002,3(7):3840.l6pez-rodpdgun,b6pearraizaa,meaurioe,eta1.crystallization,morphology,andmeehanicalbehaviorofpolylactide/poly(e-capmlactone)blendsj.polymerengineersandscience,2006,46(9):12991308.顧書英,詹輝,任杰.聚乳酸/pbat共混物的制備及性能研究j.中國塑料,2006,20(10):3942.maxiaofei.yujiugao,wangning.compatibilitycharacterizationofpoly(1actic-acid)/poly(propylenecarbonate)blendsj.journal