纳米CoFe2O4的制备及其对PLA结晶性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.002

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 9-14.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.002

纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响

毛晨¹^,³, 刘番¹^,³, 鄂毅²^,³, 邹姝燕²^,³, 龚兴厚¹^,²^,³()

^1.湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室，武汉 430068
^2.湖北工业大学绿色轻质材料与加工湖北工业大学协同创新中心，武汉 430068
^3.湖北工业大学材料与化学工程学院，武汉 430068

收稿日期:2021-08-04 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21

Preparation and effect of nano CoFe₂O₄ on crystallization performance of PLA

MAO Chen¹^,³, LIU Fan¹^,³, E Yi²^,³, ZOU Shuyan²^,³, GONG Xinghou¹^,²^,³()

^1.Hubei Provincial Key Laboratory of Green Light Industrial Materials，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China
^2.Hubei University of Technology Collaborative Innovation Center of Green Light Materials and Processing，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China
^3.Materials and Chemistry Engineering College，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China

Received:2021-08-04 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21
Contact: GONG Xinghou E-mail:gongxh@mail.hbut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为了实现聚乳酸（PLA）的功能化改性，将其进行改性探究PLA的结晶行为，采用了化学共沉淀法制备了油酸包覆的CoFe₂O₄纳米粒子，同时采用溶液浇铸法制备了PLA/CoFe₂O₄复合材料。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对CoFe₂O₄粒子及其复合材料的组成和结构进行分析；采用XRD、差示扫描量热仪（DSC）和偏光显微镜（PLM）对复合材料的结晶行为进行了分析。结果表明，CoFe₂O₄颗粒（10~20 nm）在PLA中均匀分散且无明显的团聚现象，少量的（≤1.5 %）CoFe₂O₄粒子对PLA结晶有明显的异相成核效应，促进PLA基体结晶，在实验条件下结晶度最多提高了207 %，而过量的CoFe₂O₄粒子对结晶具有一定的阻碍作用。

关键词: 聚乳酸, 油溶性, CoFe₂O₄, 复合材料, 结晶

Abstract:

To realize the functionalization of PLA， the crystallization behavior of the modified PLA was investigated intensively. CoFe₂O₄ nanoparticles coated with oleic acid were first prepared using a chemical co?precipitation method， and then the PLA/CoFe₂O₄ composites were prepared using a solution casting method. The composition and structure of CoFe₂O₄ particles and the composites were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）， transmission electron microscope（TEM）， and X?ray diffractometer （XRD）， and the crystallization behavior of the composites were analyzed using XRD， differential scanning calorimeter（DSC） and polarizing microscope（PLM）. The results indicated that the CoFe₂O₄ particles （10~20 nm） were uniformly dispersed in PLA without obvious agglomeration. A small amount （≤1.5 %） of CoFe₂O₄ particles could generate a significant heterogeneous nucleation effect on the crystallinity of PLA， promoting its crystallization and improving its crystallinity. With a maximum increase of 207 %， the excessive CoFe₂O₄ particle content generated a hindering effect on the crystallization of PLA.

Key words: polylactic acid, oil soluble, CoFe₂O₄, composite, crystallization

中图分类号:

TQ321

毛晨, 刘番, 鄂毅, 邹姝燕, 龚兴厚. 纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 9-14.

MAO Chen, LIU Fan, E Yi, ZOU Shuyan, GONG Xinghou. Preparation and effect of nano CoFe₂O₄ on crystallization performance of PLA[J]. China Plastics, 2022, 36(1): 9-14.

图/表 7

图1 油酸包覆前后的CoFe2O4粒子的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of CoFe2O4 particles before and after coating with oleic acid

图 2 PLA和PLA/CoFe2O4复合材料的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of PLA and PLA/CoFe2O4 composite

图3 PLA/CoFe2O4复合材料的TEM照片

Fig.3 TEM of PLA/CoFe2O4 composites

图4 CoFe2O4、PLA和PLA/CoFe2O4复合材料的XRD谱图

Fig.4 XRD of CoFe2O4， PLA and PLA/CoFe2O4 composites

图5 纯PLA和PLA/CoFe2O4复合材料的DSC升温曲线

Fig.5 DSC heating curves of pure PLA and PLA/CoFe2O4 composites

样品	$T g$ /℃	$X m c$ /%	$T c c$ /℃	$? H c c$ /J·g^-1	$T m$ /℃	$? H m$ /J·g^-1	$X c$ /%
PLA	59.7	7.3	134.5	5.8	168.1	12.6	13.1
PLA/05CoFe₂O₄	59.5	12.2	130.8	21.8	166.7	33.1	34.5
PLA/1CoFe₂O₄	59.3	16.3	126.8	21.5	167.4	36.5	38.3
PLA/15CoFe₂O₄	59.1	16.8	123.9	22.7	167.2	38.1	40.2
PLA/2CoFe₂O₄	59.8	13.5	122.0	18.5	166.5、170.6	31.2	33.1
PLA/3CoFe₂O₄	59.6	12.6	118.2	15.4	164.7、168.7	26.8	28.7
PLA/4CoFe₂O₄	59.5	10.9	116.3	14.8	164.8、169.7	24.6	26.6
PLA/6CoFe₂O₄	59.7	10.5	113.1	14.2	164.2、169.4	23.5	26.0
PLA/8CoFe₂O₄	59.7	9.8	111.2	13.9	164.5、169.7	22.3	25.2

样品	$T g$ /℃	$X m c$ /%	$T c c$ /℃	$? H c c$ /J·g^-1	$T m$ /℃	$? H m$ /J·g^-1	$X c$ /%
PLA	59.7	7.3	134.5	5.8	168.1	12.6	13.1
PLA/05CoFe₂O₄	59.5	12.2	130.8	21.8	166.7	33.1	34.5
PLA/1CoFe₂O₄	59.3	16.3	126.8	21.5	167.4	36.5	38.3
PLA/15CoFe₂O₄	59.1	16.8	123.9	22.7	167.2	38.1	40.2
PLA/2CoFe₂O₄	59.8	13.5	122.0	18.5	166.5、170.6	31.2	33.1
PLA/3CoFe₂O₄	59.6	12.6	118.2	15.4	164.7、168.7	26.8	28.7
PLA/4CoFe₂O₄	59.5	10.9	116.3	14.8	164.8、169.7	24.6	26.6
PLA/6CoFe₂O₄	59.7	10.5	113.1	14.2	164.2、169.4	23.5	26.0
PLA/8CoFe₂O₄	59.7	9.8	111.2	13.9	164.5、169.7	22.3	25.2

表 1 纯PLA、PLA/CoFe2O4复合材料的DSC降温和二次升温热转变数据

Tab.1 DSC cooling and secondary heating thermal transition data of pure PLA and PLA/CoFe2O4 composites

表 1 纯PLA、PLA/CoFe2O4复合材料的DSC降温和二次升温热转变数据

Tab.1 DSC cooling and secondary heating thermal transition data of pure PLA and PLA/CoFe2O4 composites

图6 PLA及PLA/CoFe2O4复合材料在 130 ℃等温结晶的PLM照片

Fig.6 PLM of PLA and PLA/CoFe2O4 composites crystallized at 130 ℃

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纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响

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