PUR-T协同CNF对PLA结晶及力学性能的影响

随着人们生活水平的提高，塑料制品已渗透到人们生活的各个方面，由此引发的能源危机和环境污染问题也日益严重，生物可降解塑料成为了人们研究和开发的热点[1–3]。聚乳酸(PLA)因其具有优异的生物相容性、生物可降解性和良好的加工性能，已被广泛应用于医疗、纺织、食品、包装及农业等领域[4–8]。但是，PLA自身较大的脆性、较慢的结晶速率和热稳定性差等诸多因素，极大地限制了其制品的应用[9–10]，因此，若要拓宽PLA的应用领域，PLA制品的性能需要进一步地改善。目前，聚合物共混是最为经济、实用的一种方式[11]。

热塑性聚氨酯(PUR-T)是由硬性链段和柔性链段共同组成的弹性嵌段共聚物，具备相当好的生物相容性、高韧性、耐磨等功能[12]，经常被用在材料加工改性方面，如今已大规模应用在纺织面料、包装材料、军用物资以及生物医用材料等方面。纳米纤维素(CNF)作为纤维素中的一种，原材料来源广泛且价格低廉，是由机械加工或化学方法处理所得到的，其具有高模量、高结晶度及较大的强度等特点，对材料的力学性能有着很好的增强作用[13]。

冯飞等[14]使用PUR-T增韧PLA材料，经试验发现，共混物中两组分的玻璃化转变温度(Tg)向中间靠拢，表明两相的氢键发挥作用且两相产生部分相容；M. S. Huda等[15]经过挤出和注塑分别制备了PLA／短玻璃纤维和PLA／再生报纸纤维素纤维两种复合材料，结果发现，再生报纸纤维素纤维的加入使PLA的力学性能显著提高。陕西理工大学等以PUR-T作为增韧相，CNF作为增强相，利用双螺杆挤出机制备了一系列的PUR-T／CNF改性PLA复合材料，以此来研究PUR-T和CNF对PLA结晶及力学性能的影响。

PLA：4032D，重均分子量为1.5×105，密度为1.24 g／cm3，美国Nature Works公司；

PUR-T：WHT1195，山东烟台万华聚氨酯股份有限公司；

CNF：CNF–C，湖州市菱湖新望化学有限公司。

将PLA，PUR-T，CNF在60℃下干燥12 h。首先将干燥好的PUR-T和CNF按一定质量比(PUR-T∶CNF=80∶20)进行熔融挤出混合，制备PUR-T／

CNF母粒，并干燥备用，然后按照表1的PLA基复合材料配方，将PLA，PUR-T，CNF／PUR-T母粒通过双螺杆挤出机进行熔融共混，切粒后置于70℃烘箱干燥12 h，再将干燥好的PLA，PLA／PUR-T，PLA／PUR-T／CNF物料通过立式注塑机制成标准试样，其中，挤出机各段温度设置为160，165，170，170℃，注塑机各段温度设置为215，210，210℃。

(1)由扫描电子显微镜分析断面形貌可知，PLA／PUR-T复合材料的断面呈“海–岛”结构且断面形貌粗糙，呈现出由脆性断裂到韧性断裂的转变。

(2) PUR-T对PLA的结晶有着抑制作用，CNF对PLA的结晶成核起着促进作用，且都对PLA的晶型没有影响。

(3)相比于PLA，PLA／PUR-T复合材料及PUR-T／CNF质量分数为10%的PLA／PUR-T／CNF复合材料的Xc分别下降了3.73%和0.98%。

(4)相比于PLA，PLA／PUR-T复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量分别降低了11.0%和10.0%，缺口冲击强度和断裂伸长率分别提高了19.1%和3.1%；PUR-T／CNF质量分数为10%的PLA／PUR-T／CNF复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度分别增加了3.5%，4.18%，41.2%。

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