癸二酸二苯基二酰肼调控扩链改性聚乳酸的性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.011

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (11): 64-69.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.011

癸二酸二苯基二酰肼调控扩链改性聚乳酸的性能

王澳华¹^,², 顿东星², 孟瑞静², 张玉霞¹^,²()

^1.北京工商大学中国轻工业聚合物发泡材料加工与应用重点实验室，北京 100048
^2.北京工商大学轻工科学与工程学院，北京 100048

收稿日期:2024-05-24 出版日期:2024-11-26 发布日期:2024-11-21
通讯作者: 张玉霞（1965—），女，副教授，从事高性能塑料薄膜、聚烯烃发泡材料及可生物降解塑料等研究，zhangyux@th.btbu.edu.cn
E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn
基金资助:
] 钟文发．非线性规划在可燃毒物配置中的应用[C]// 赵玮．运筹学的理论与应用：中国运筹学会第五届大会论文集．西;例[1] 王权,瞿金平. 动态成型过程中PP/CaCO3 填充体系的流变行为[J]. 高分子材料科学与工程,2007,23：176?179

Study on performance regulation of chain⁃extended poly（lactic acid） foams with diphenylhydrazide sebacic acid

WANG Aohua¹^,², DUN Dongxing², MENG Ruijing², ZHANG Yuxia¹^,²()

^1.China Key Laboratory of Polymer Foam Processing and Application in Light Industry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.School of Light Industry Science and Engineering，Beijing Technology and；Business University，Beijing 100048，China

Received:2024-05-24 Online:2024-11-26 Published:2024-11-21
Contact: ZHANG Yuxia E-mail:zhangyux@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

使用成核剂癸二酸二苯基二酰肼（ST⁃NAB3）调控扩链剂苯乙烯⁃丙烯腈⁃甲基丙烯酸缩水甘油酯（SAG）改性聚乳酸（PLA）化学接枝产物（C⁃PLA）的性能，并采用超临界CO₂制备了C⁃PLA⁃ST⁃NAB3发泡材料。利用偏振光学显微镜和差示扫描量热仪（DSC）、旋转流变仪、扫描电子显微镜（SEM）分别研究了不同ST⁃NAB3含量的C⁃PLA结晶性能、热性能、流变性能和发泡材料的微观结构。结果表明，ST⁃NAB3的加入能够显著提高C⁃PLA的结晶速率，减小晶体尺寸，同时增大晶体密度。随着ST⁃NAB3含量的增加，C⁃PLA的结晶度由3.2 %提高到20.2 %，其含量为0.3 %（质量分数，下同）和0.4 %时，在不同发泡温度下均能制得泡孔尺寸均一的C⁃PLA⁃ST⁃NAB3发泡材料。

关键词: 聚乳酸, 癸二酸二苯基二酰肼, 发泡材料, 结晶性能, 泡孔结构

Abstract:

In this study， diphenylhydrazide sebacic acid （ST⁃NAB3） was used to regulate the properties of a chemical graft product （C⁃PLA） obtained from the chain⁃extension modification of polylactic acid （PLA） using styrene⁃acrylonitrile⁃glycidyl methacrylate （SAG） a chain extender. Then， C⁃PLA⁃ST⁃NAB3 foams were prepared by using supercritical CO₂， and their crystallization performance， thermal performance， rheological behavior， foaming properties， and microstructure were investigated by polarization light microscopy， differential scanning calorimetry， rotational rheometer， and scanning electron microscopy. The results indicated that the addition of ST⁃NAB3 increased the crystallization rate of C⁃PLA foams significantly， resulting in a reduction in the crystal size but an increase in the crystal density. With an increase in the ST⁃NAB3 content， the crystallinity degree of the C⁃PLA foam increased from 3.2 % to 20.2 %. When the content of ST⁃NAB3 was 0.3 and 0.4 wt%， the C⁃PLA⁃ST⁃NAB3 foams with a uniform cell size could be formed at different foaming temperature.

Key words: poly（lactic acid）, diphenylhydrazide sebacic acid, foaming material, crystallization performance, cell structure

中图分类号:

TQ321

王澳华, 顿东星, 孟瑞静, 张玉霞. 癸二酸二苯基二酰肼调控扩链改性聚乳酸的性能[J]. 中国塑料, 2024, 38(11): 64-69.

WANG Aohua, DUN Dongxing, MENG Ruijing, ZHANG Yuxia. Study on performance regulation of chain⁃extended poly（lactic acid） foams with diphenylhydrazide sebacic acid[J]. China Plastics, 2024, 38(11): 64-69.

图/表 10

图1 STNAB3的结构式

Fig.1 Structural formula of ST⁃NAB3

样品	PLA	SAG	ST⁃NAB3
PLA	100	0	0
C⁃PLA	97.0	3	0
C⁃PLA⁃0.1^a	96.9	3	0.1
C⁃PLA⁃0.2	96.8	3	0.2
C⁃PLA⁃0.3	96.7	3	0.3
C⁃PLA⁃0.4	96.6	3	0.4

表1 C⁃PLA⁃ST⁃NAB3发泡材料配方 (%)

Tab.1 Formula of the C⁃PLA⁃ST⁃NAB3 foaming material

图2 120 ℃下不同等温结晶时间时各扩链PLA体系的PLM照片

Fig.2 PLM images of various foamed chain⁃extended PLA samples crystallized at 120 ℃ for various time at isothermal temperature

图3 不同ST⁃NAB3含量扩链PLA的DSC曲线

Fig.3 DSC curves of the chain⁃extended PLA with different ST⁃NAB3 contents

样品	T_cc/℃	H_cc/J·g^-1	T_c/℃	H_c /J·g^-1	T_m1/℃	T_m2/℃	H_m/J·g^-1	X_c/%
PLA	109.3	29.6	—	—	162.8	169.7	30.1	0.5
C⁃PLA	108.8	25.5	—	—	163.4	169.0	28.4	3.2
C⁃PLA⁃0.1	106.9	22.6	—	—	163.4	169.0	27.7	5.7
C⁃PLA⁃0.2	102.7	20.0	—	—	168.9	—	26.1	6.8
C⁃PLA⁃0.3	95.0	15.1	88.4	10.6	167.8	—	29.5	11.8
C⁃PLA⁃0.4	—	—	95.8	18.2	168.0	—	30.1	20.2

表2 不同ST⁃NAB3含量扩链PLA的熔融和结晶性能

Tab.2 Crystallization and melting properties of the chain⁃extended PLA with different ST⁃NAB3 contents

图4 不同ST⁃NAB3含量C⁃PLA的动态流变曲线

Fig.4 Dynamic rheological curves of the C⁃PLA with different ST⁃NAB3 contents

图5 不同ST⁃NAB3含量扩链PLA泡沫的SEM照片

Fig.5 SEM images of the chain⁃extended PLA foams with different ST⁃NAB3 contents

图6 不同ST⁃NAB3含量扩链PLA泡沫的泡孔特征

Fig.6 Cell characteristics of the chain⁃extended PLA foams with different ST⁃NAB3 contents

图7 C⁃PLA和C⁃PLA⁃ST⁃NAB3泡孔成核机理图

Fig.7 Cell nucleation mechanism of the C⁃PLA and C⁃PLA⁃ST⁃NAB3

图8 不同ST⁃NAB3含量扩链PLA泡沫的力学性能

Fig.8 Mechanical properties of the chain⁃extended PLA foams with different ST⁃NAB3 contents

参考文献 21

1	Anton P， Patrik S， Miroslav Mrlík，et al. Foamy phase change materials based on linear low⁃density polyethylene and paraffin wax blends［J］. Emergent Materials， 2018， 1： 47⁃54.
2	Miroslav M， Sobolciak P， Krupa I， et al. Light⁃controllable viscoelastic properties of a photolabile carboxybetaine ester⁃based polymer with mucus and cellulose sulfate［J］. Emergent Materials， 2018， 1： 35⁃45.
3	Sarver J A， Kiran E.Foaming of polymers with carbon dioxide⁃the year⁃in⁃review-2019［J］. Journal of Supercritical Fluids， 2021， 173： 105166.
4	Nagarajan V， Mohanty A K， Misra M. Perspective on polylactic acid （PLA） based sustainable materials for durable applications： focus on toughness and heat resistance［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2016， 4（6）： 2 899⁃2 916.
5	Li X L， Wang R， Yang C F， et al. Effect of poly（D⁃lactic acid） block copolymers with soft chains on the tensile behavior of poly（L⁃lactic acid）［J］. Acta Polymerica Sinica， 2018（5）： 598⁃606.
6	Saeidlou S， Huneault M A， Li H， et al. Poly（lactic acid） crystallization［J］. Progress in Polymer Science， 2012， 37（12）： 1 657⁃1 677.
7	Qu X Z S. Cellular morphology evolution in nanocellular poly （lactic acid）/thermoplastic polyurethane blending foams in the presence of supercritical N-2［J］. European Polymer Journal， 2019， 116： 291⁃301.
8	Li Y， Mi J， Fu H， et al. Nanocellular foaming behaviors of chain⁃extended poly （lactic acid） induced by isothermal crystallization［J］. ACS Omega， 2019， 4（7）： 12 512⁃12 523.
9	Li Y， Yin D， Liu W， et al. Fabrication of biodegradable poly （lactic acid）/carbon nanotube nanocomposite foams： Significant improvement on rheological property and foamability［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2020， 163： 1 175⁃1 186.
10	张婧婧，黄汉雄，黄耿群.交联剂对聚乳酸流变性能及其发泡材料泡孔结构的影响［J］.化工学报，2015，66（10）：4 252⁃4 257.
	ZHANG J J， HUANG H X， HUANG G Q. Effects of crosslinking agent on rheological properties of poly（lactic acid） and cellular structure of its microcellular foams［J］. CIESC Journal， 2015， 66（10）： 4 252⁃4 257.
11	李成浪，窦强.PLA成核剂的研究进展［J］.塑料助剂，2014（02）：6⁃10，56.
	LI C L， DOU Q. Research progress on nucleating agents for poly（lactic acid）［J］. Plastics Additives， 2014（02）： 6⁃10，56.
12	Dun D X， Bai Y A， Wang L Z， et al. Crystallization behaviors of poly （lactic acid） modified with ST⁃NAB3 and its improved mechanical and thermal properties［J］. Polym Environ， 2023（31）： 5 166⁃5 184.
13	Li Y， Mi J G， Fu H， et al. Nanocellular foaming behaviors of chain⁃extended poly（lactic acid） induced by isothermal crystallization［J］. ACS Omega， 2019， 4（7）： 12 512⁃12 523.
14	张靖倩，曾广胜，彭军，等.酰肼成核剂对聚乳酸结晶和力学性能的影响［J］.材料科学与工程学报， 2024， 42（3）：427⁃434.
	ZHANG J J， ZENG G S， PENG J， et al. Effects of hydrazide nucleating agents on crystallization and mechanical properties of polylactic acid［J］. Journal of Materials Science and Engineering， 2024， 42（3）：427⁃434.
15	刘凤玉.成核剂和扩链剂对PLA/PBAT共混体系性能的影响［J］.工程塑料应用，2023，51（10）：154⁃159，166.
	LIU F Y. Effects of nucleating agent and chain extender on properties of PLA/PBAT blends［J］. Engineering Plastics Application， 2023，51（10）： 154⁃159，166.
16	师萌萌.聚乳酸的结晶及力学性能的调控［D］.宁夏：宁夏大学，2018.
17	Tang Y， Wang Y， Chen S， et al.Fabrication of low⁃density poly（lactic acid） microcellular foam by self⁃assembly crystallization nucleating agent［J］.Polymer Degradation and Stability， 2022， 198：109891.
18	Huang F， Liu W， Lai J， et al.Enhanced heat resistance and expansion ratio of biodegradable poly （lactic acid）/poly （butylene adipate⁃co⁃terephthalate） composite foams via synergistic effect of nucleating agent and chain extension［J］.Journal of Polymer Engineering， 2023， 43（4）： 297⁃309.
19	黄枫.高耐热聚乳酸复合材料的制备及发泡性能研究［D］.福建工程学院，2024.
20	Shi X， Zhang G， Liu Y， et al. Microcellular foaming of polylactide and poly（butylene adipate⁃co⁃terphathalate） blends and their CaCO₃ reinforced nanocomposites using supercritical carbon dioxide［J］.Polymers for Advanced Technologies， 2016， 27（4）： 550⁃560.
21	杨文杰，何佳文，朱寒宾等.石墨烯增强聚乳酸力学性能及其发泡行为研究［J］.中国塑料， 2021， 35（06）： 26⁃32.
	Yang J W， He J W， Zhu H B， et al. Mechanical properties and foaming behaviors of graphene⁃reinforced poly（lactic acid）［J］.China Plastics， 2021， 35（06）： 26⁃32.

[1]	崔豹, 杨建军, 吴庆云, 吴明元, 张建安, 刘久逸. 聚乳酸复合材料共混改性研究及应用进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 129-136.
[2]	丁馨怡, 顿东星, 秦骏熙, 陈钰蕾, 韩羽菲, 张玉霞, 周洪福. 成核剂ST⁃NAB3改性扩链聚乳酸的微观结构与性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 41-46.
[3]	邹晓月, 徐佳慧, 陈振树, 杨友强, 陆湛泉, 贾雨欣, 李成, 叶南飚, 曹堃. 口罩过滤材料及其驻极技术的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 47-53.
[4]	庞馨蕾, 白瑜, 王洪学. 聚醚醚酮齐聚物固相增黏及聚合物性质研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 8-13.
[5]	董光, 侯仰喆, 袁洪跃, 刘宪虎, 潘亚敏. 多孔聚乳酸材料的制备及结构性能优化进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 132-140.
[6]	胡永祥, 谢纪岭, 李伟铭, 张璐, 汤香港, 吕亿同, 申红望, 鞠冠男. 马来酸酐接枝改性GTR对聚乳酸性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 20-24.
[7]	王杰, 辛德华, 李晖, 蒋洪石, 周洪福, 赵建国. 纳米黏土与二氧化硅协同改性聚乳酸研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 43-48.
[8]	沈强锋, 吕明福, 徐耀辉. 茂金属聚丙烯釜压发泡性能的研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 55-61.
[9]	杨莲, 蒋晶, 贾彩宜, 谢悦涵, 王小峰, 李倩. 聚酰胺6微纤增强聚丙烯复合材料制备及化学注塑发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 12-18.
[10]	董亚鹏, 赵恬娇, 王美珍, 崔文举, 林福华, 王波. 长链脂肪酸钠/芳基酰胺脂肪酸钠复配成核剂对聚丙烯性能影响研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 60-65.
[11]	杨超永, 郭金强, 王富玉, 张玉霞. 挤出吹塑工艺对PBAT/PLA共混体系微观结构与性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 82-87.
[12]	孛海娃, 赵中国, 王筹萱, 薛嵘. 高导电、低逾渗PLA/CNTs导电复合材料的结构设计及性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 13-18.
[13]	沈丹彤, 薛雨亭, 李荣杰, 徐芳, 翁云宣. 聚乳酸基水性聚氨酯的制备及其在合成革中的应用研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 19-25.
[14]	姜帅华, 李卓伦, 芦浩凡, 孙乙博, 王向东, 陈士宏, 武丽丽. 稳定“海岛”结构诱导高强度PS/PPO开孔泡沫制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 49-53.
[15]	戚士界, 游翔宇, 王瑞晨, 周琳菲, 张慧洁. 高木质素含量聚乳酸共混材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 45-51.

癸二酸二苯基二酰肼调控扩链改性聚乳酸的性能

Study on performance regulation of chain⁃extended poly（lactic acid） foams with diphenylhydrazide sebacic acid

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 21

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价