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      1. 新聞中心

        復合材料熱降解活化能

        發(fā)布時(shí)間: 2017-05-12
        聚乳酸(PLA)是由淀粉發(fā)酵產(chǎn)物乳酸為原料制得的生物降解高分子材料,生物相容性好,加工性能好,廣泛應用在包裝材料、纖維和非織造物、生活用品和醫藥衛生等領(lǐng)域。但是,在食品包裝,玩具和服裝制品的表面容易滋生微生物,危害健康。向聚乳酸材料中添加殼聚糖、山梨酸等天然抗菌劑以期實(shí)現良好的抑菌性能等研究備受重視。然而,天然抗菌劑壽命較短,耐熱性差,銀系抗菌制品穩定性差,價(jià)格高的缺點(diǎn)制約了廣泛的應用。二氧化鈦、氧化鋅等光催化型抗菌劑具有抑菌長(cháng)效性強,抑菌效率高等特點(diǎn),特別是納米氧化鋅(nano~ZnO)具有光催化氧化抑菌和金屬離子溶出抑菌等作用,在高分子材料抗菌研究中已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注,納米氧化鋅用量一般不超過(guò)高分子材料的5 %即可達到較強的抑菌效果,對包裝材料的力學(xué)性能影響小,可以滿(mǎn)足材料對性能的要求,已經(jīng)應用在聚丙烯等塑料制品中。但是,ZnO對聚乳酸抑菌作用的研究還未見(jiàn)報道。

          文章以nano-ZnO為抑菌劑,采用熔融共混法制備了nano-ZnO/PLA復合材料,測試了復合材料的力學(xué)性能,對比研究了偶聯(lián)劑表面改性前后nano-ZnO對聚乳酸材料抑制大腸桿菌作用的影響;并討論了nano-ZnO對聚乳酸的熱降解動(dòng)力學(xué)行為的影響。

          1,復合材料的拉伸強度隨著(zhù)納米氧化鋅填量的增加,呈先上升后下降的趨勢,在UN-ZnO添加量為3 %,之后逐漸降低。但是相同添加量的經(jīng)KH550處理的復合材料的拉伸強度(b)比UN-ZnO/PLA復合材料的高,nano-ZnO具有比表面積大,模量高的特點(diǎn),添量加大會(huì )增加其與PLA基體的界面接觸面積和作用力,拉伸強度提高,當MN-ZnO為5%時(shí),復合材料的拉伸強度為56.98MPa,比純PLA提高了2.5%.因為偶聯(lián)劑可以改善nano-ZnO在PLA基體中的分散性及其界面的粘結性,減少了界面間的空隙,從而提高了復合材料的拉伸性能,但是MN-ZnO填量超過(guò)3%時(shí)拉伸強度仍呈下降趨勢。

         ?。╞)中nano-ZnO/PLA復合材料的沖擊強度隨納米氧化鋅填量的增加呈整體下降的趨勢。KH550處理后的復合材料沖擊強度有一定的增加。當UN-ZnO添加量為0.5 %時(shí),復合材料沖擊強度為2.03k/m2,比純PLA(2.15k/m2)減少了5.85%,而MN-ZnO填量為1%時(shí),復合材料的沖擊強度達到最大值2.17k/m2,復合材料的韌性略有提高,其原因是偶聯(lián)劑在PLA基體與填料間形成化學(xué)鍵橋,提高填料和基體之間的界面粘結性,有利于應力的傳遞。

          nano~ZnO質(zhì)量分數對復合材料力學(xué)性能的影響中可以看出,未經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的nano~ZnO粒子在PLA基體中分散不均勻,團聚現象明顯如(b)所示;填料與基體之間界面相容性差,斷裂發(fā)生在nanoZnO密集的部位如圖聚減少如(c)所示,nanoZnO粒子以較小團粒均勻地分散于PLA基體中如(d)所示,說(shuō)明nano~ZnO用硅烷偶聯(lián)劑KH550表面處理后,減弱了粒子的團聚現象,顯著(zhù)改善了nano-ZnO/PLA復合材料的界面相容性,界面粘結性提高,從而提高4(a)所示;而MN~ZnO填充的PLA復合材料中nano~ZnO顆粒團復合材料的力學(xué)性能。

          nano~ZnO/PLA復合材料的SEM照片2.5抑菌性能是復合材料的抑菌。

          表1列出復合材料的抑菌率,隨著(zhù)UN-ZnO用量的增加,復合材料的抑菌性呈現先增加后減小的趨勢,當UNZnO質(zhì)量分數為3%時(shí),復合材料的抑菌率達到最大值81.3%,用偶聯(lián)劑KH-550處理納米氧化鋅后復合材料的抑菌率與相同添加量未改性復合材料相比,抑菌性均顯著(zhù)增強,在MN-ZnO質(zhì)量分數為3%時(shí),復合材料的抑菌率達到98.67 %,表現出較強的抑菌作用。

          nano-ZnO粒子具有較高的表面能,粒子間自聚作用強,當填量較大時(shí),無(wú)機粒子在材料中容易發(fā)生團聚,難以在PLA基體中實(shí)現納米級分散,內部產(chǎn)生的活性氧自由基變少,抑菌效果減弱。偶聯(lián)劑對nanoZnO進(jìn)行表面處理后,在一定程度上改善了其在PLA基體中的分散性,使復合材料的抑菌率顯著(zhù)提高,但是當MN-ZnO質(zhì)量分數超過(guò)3%時(shí)復合材料抑菌性仍呈下降趨勢,由于nano-ZnO粒子大量聚集,從而影響抑菌效果。

          數,S為熱重分析的升溫速率,K/min;T為對應復合材料某一a時(shí)的溫度,K.從表2中可知,材料的質(zhì)量損失分數a在5% ~90%范圍內時(shí),復合材料的熱解活化能Ea均小于純PLA,說(shuō)明nano~ZnO對PLA基體的熱降解反應有催化作用。MN-ZnO/PLA復合材料的熱降解活化能均大于未改性復合材料。原因是偶聯(lián)劑分子接枝到nano~ZnO表面會(huì )掩蔽nano~ZnO表面的催化活性點(diǎn),抑制nanoZnO催化PLA熱降解反應。

          表2 OFW法計算的nano~ZnO/PLA復合材料熱降解活化能3結論nanoZnO對聚乳酸材料具有抑菌作用,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH~550表面處理能夠減弱nano-ZnO粒子的團聚,增強其在PLA基體中的分散性,提高復合材料的抑菌性能;硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面改性nano~ZnO改善了復合材料界面粘結性和界面相容性,nano~ZnO/PLA復合材料的力學(xué)性能得到了提高;nano-ZnO能夠促進(jìn)PLA的熱氧降解,使復合材料的熱降解活化能降低。KH-550表面改性使nano-ZnO的催化熱氧降解作用得到延緩。

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