基于立构复合晶体对核壳橡胶粒子分布的有效调控实现聚乳酸材料的高性能化

批准号:
51903025
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘慧丽
依托单位:
学科分类:
E0305.高分子共混与复合材料
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
由橡胶核和塑料壳构成的核壳橡胶因具有结构形态可控、与聚乳酸(PLA)相容性好等优点而成为改善PLA韧性的重要增韧改性剂。但核壳橡胶增韧效率低,易导致PLA强度、模量、耐热等性能的下降。本项目通过将左旋聚乳酸(PLLA)/核壳橡胶共混物与右旋聚乳酸(PDLA)进行熔融共混,利用基体中原位形成的立构复合(SC)晶体对基体粘度的调节作用以及对核壳橡胶的体积排斥作用,促使核壳橡胶形成具有高增韧效率的类网络结构,从而实现共混物的刚韧平衡与高耐热。研究从调控SC晶体的物理结构入手,通过系统分析SC晶体调控的体系粘度比、体积排斥作用强度对类网络结构形成的影响,阐明二者的协同作用机制,建立SC晶体诱导核壳橡胶形成类网络结构的机理模型;定量表征核壳橡胶类网络结构的形态并分析其对共混物性能的影响,建立SC晶体-类网络结构形态-性能之间的关系,为基于SC晶体调控核壳橡胶粒子分布制备高性能PLLA材料提供新思路。
英文摘要
Core-shell rubbers (CSR) composed of rubbery core and glassy shell has become an attractive choice to improve the toughness of polylactides (PLA) due to their controllable structure and shape, as well as desired interfacial compatibility with PLA. However, a low toughening efficiency of CSR for PLA is usually obtained, which inevitably causes a signifcant deterioration in mechanical strength, modulus, and heat resistance of PLA. In this project, stereocomplex (SC) crystallites are constructed in the blend matrix through melt-mixing poly(L-lactide) (PLLA)/CSR blends with poly(D-lactide) (PDLA). Both of the enhancement effect of SC crystallites on the viscosity of PLLA and the strong volume exclusion effect of SC crystallites on the CSR particles can induce the organization of the CSR particles into a network-like structure that possesses a high toughening efficiency within the matrix, finally endowing PLLA/CSR blends with good stiffness-toughness balance and super heat resistance. The microstructure of SC crystallites formed in the blend matrix will be tailored by controlling the PDLA properties. The synergistic effect of blend viscosity ratio and volume exclusion intensity, dominated by adjusting the microstructure of SC crystallites, on the fomation of CSR network-like structrure will be illustrated, and a mechnism model for the fomation of CSR network-like structrure induced by SC crystallites will be established. Through the qualitative and quantitative analysis of the mophology of CSR network-like structrure as well as the effect of the mophology parametters on the blend performance, the relationship of SC crystallites, CSR network-like structrure, and blend performance will be set up. The completion of this project will provide a promising and industrially meaningful route to develop high performanced PLLA-based materials with the aid of SC crystallites.
由橡胶核和塑料壳构成的核壳橡胶(CSR)因具有结构形态可控、与聚乳酸(PLA)相容性好等优点而成为改善PLA韧性的重要增韧改性剂。但CSR粒子增韧效率低,易导致PLA强度、模量、耐热等性能的下降。本项目通过将左旋聚乳酸(PLLA)/CSR共混物与右旋聚乳酸(PDLA)进行熔融共混,利用PLLA基体中原位形成的立构复合(SC)晶体促使CSR粒子形成具有高增韧效率的类网络结构,从而同步实现了PLLA/PDLA/CSR共混物的刚韧平衡与高耐热。主要研究内容包括:(1)合成了一系列不同结构的PDLA,探索了PDLA的含量、分子量、光学纯度、分子链拓扑结构等参数对PLLA/PDLA/CSR共混物中SC晶体微观结构的影响;(2)系统研究了SC晶体微观结构对共混物体系熔体粘度比、对CSR粒子产生的体积排斥作用强度的影响,并详细分析了二者对CSR类网络结构的形成及形态变化的影响规律,阐明了SC晶体诱导CSR粒子形成类网络结构的机理,初步实现了CSR类网络结构的可控制备;(3)揭示了CSR类网络结构形态对共混物冲击韧性、强度与模量、耐热性的影响规律,分析了CSR类网络结构的增韧机理,有效建立了SC晶体结构-CSR类网络结构形态-共混物性能三者之间的关系;(4)在此基础上,探索了新型酰胺类成核剂对SC晶体微观结构的调控作用,还探讨了SC晶体以及功能性纳米粒子调控CSR粒子分布技术在制备具有优异透明性、力学以及功能性PLA材料中的应用。这些研究工作可为通过调控CSR粒子的分布行为制备高性能PLA共混/复合材料提供新思路以及理论指导,有利于大大拓展PLA材料的应用范围,因而具有重要的理论研究价值和应用价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A novel aryl hydrazide nucleator to effectively promote stereocomplex crystallization in high-molecular-weight poly(L-lactide)/poly (D-lactide) blends
一种新型芳基酰肼成核剂,可有效促进高分子量聚(L-丙交酯)/聚(D-丙交酯)共混物中的立体络合物结晶
DOI:10.1016/j.polymer.2020.122873
发表时间:2020-12-01
期刊:POLYMER
影响因子:4.6
作者:Liu, Huili;Zhou, Wei;Chen, Jianyang
通讯作者:Chen, Jianyang
Simultaneously Toughening and Reinforcing Polylactide by Regulating the Distribution ofCore–Shell Rubber Particles with Carbon Black
炭黑调节核壳橡胶粒子分布同时增韧补强聚丙交酯
DOI:--
发表时间:2022
期刊:MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING
影响因子:3.9
作者:Huili Liu;Yanan Yan;Jiaming Cai;Dongyu Bai;Song Liu;Jianchuan Wang;Guangyong Gao
通讯作者:Guangyong Gao
Toward ultra-tough and heat-resistant biodegradable polylactide/core-shell rubber blends by regulating the distribution of rubber particles with stereocomplex crystallites
通过立体复合微晶调节橡胶颗粒的分布,开发超坚韧、耐热、可生物降解的聚丙交酯/核壳橡胶共混物
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.123422
发表时间:2023
期刊:International Journal of Biological Macromolecules
影响因子:8.2
作者:Huili Liu;Yaling Zhao;Yushan Zheng;Jianyang Chen;Jianchuan Wang;Guangyong Gao;Dongyu Bai
通讯作者:Dongyu Bai
Stereocomplex Crystallization Induced Significant Improvement in Transparency and Stiffness-Toughness Performance of Core-Shell Rubber Nanoparticles Toughened Poly(l-lactide) Blends
立体络合物结晶导致核壳橡胶纳米粒子增韧聚(l-丙交酯)共混物的透明度和刚度-韧性性能显着改善
DOI:10.1002/mame.202100021
发表时间:2021-02-22
期刊:MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING
影响因子:3.9
作者:Liu, Huili;Bai, Dongyu;Fu, Qiang
通讯作者:Fu, Qiang
聚乳酸材料多级孔结构的可控构筑及辐射冷却性能研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:刘慧丽
- 依托单位:
国内基金
海外基金
