阻燃PBS/ZnO复合材料的制备及性能研究

论文摘要

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种脂肪族聚酯,具有良好的生物降解性和生物相容性,它的力学强度和加工性能与低密度聚乙烯相似,被应用于包装材料、农业薄膜、医疗器械和生活用品等领域,是有希望替代聚烯烃的绿色环保型材料。但PBS力学强度较低、热稳定性差,用共聚或共混方法改性PBS已成为该领域研究的热点之一。PBS容易燃烧并伴有熔融滴落现象,使其在电子电器、装饰材料等方面的应用受到限制,开发具有良好阻燃性能的PBS产品替代传统塑料已引起人们的重视。本文以聚磷酸钱（APP）和三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）为阻燃剂,分子筛（ZEO）为阻燃协效剂,采用熔融共混法制备了阻燃PBS。垂直燃烧（UL-94）和极限氧指数（LOI）实验结果确定了APP/MCA/分子筛三者之间的最佳质量配比是28：9：3。研究了PBS/（APP-MCA-ZEO）阻燃体系的热稳定性和力学性能。系统地讨论了氧化锌填料对PBS、阻燃PBS复合材料力学性能,热降解动力学,结晶性能的影响。初步考察了纳米氧化锌（nano-ZnO）对PBS及其阻燃复合体系的抑菌作用。研究结果表明：添加25wt%阻燃剂的PBS材料LOI≥36.0,并且垂直燃烧等级可以达到UL-94V1级。过氧化物交联剂能够改善PBS材料的抗熔滴性,添加0.1wt%BPO交联剂可以抑制阻燃PBS材料的熔融滴落现象,使材料的燃烧等级达到UL-94V0级。FT-IR、XPS、TEM和SEM等研究结果说明3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）偶联剂表面处理能够改善ZnO填料在PBS基体中的分散性以及PBS/ZnO复合材料的界面特性。TG、DSC以及力学性能的测试结果表明,经APS表面改性的nano-ZnO可以增强PBS的拉伸和弯曲强度,提高PBS的结晶性。在8wt%的添加量下nano-ZnO能催化形成无机隔热层使复合材料的残留量增加,提高阻燃PBS材料的热稳定性、阻燃性能以及抑菌性能。而ZnO晶须（T-ZnOw）相应作用不明显。本课题的研究结果将为设计和制备阻燃型生物降解聚酯材料提供实验依据,在PBS替代聚烯烃材料的应用和保护环境等方面具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生物降解聚酯
• 1.1.1 生物降解高分子材料概述
• 1.1.2 生物降解聚酯的种类与特点
• 1.2 生物降解聚酯的改性研究
• 1.2.1 力学性能
• 1.2.2 热稳定性
• 1.2.3 其他性能
• 1.3 生物降解聚酯的微生物降解
• 1.3.1 微生物降解机理
• 1.3.2 影响因素
• 1.3.3 抑菌型生物降解聚酯的应用
• 1.4 阻燃生物降解聚酯
• 1.4.1 生物降解聚酯的阻燃机理
• 1.4.2 阻燃生物降解聚酯研究现状
• 1.5 阻燃PBS复合材料的研究现状
• 1.6 本课题的研究内容和意义
• 2 阻燃聚丁二酸丁二醇酯的制备与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料与仪器
• 2.1.2 阻燃聚丁二酸丁二醇酯的制备
• 2.1.3 阻燃聚丁二酸丁二醇酯性能测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 阻燃剂配比的确定
• 2.2.2 阻燃PBS热稳定性研究
• 2.2.3 阻燃PBS的力学性能
• 2.2.4 阻燃PBS材料的界面形貌
• 2.3 本章小结
• 3 ZnO填充PBS复合材料的性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料与仪器
• 3.1.2 ZnO表面处理与表征
• 3.1.3 PBS/ZnO复合材料的制备
• 3.1.4 PBS/ZnO复合材料的测试与表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 偶联剂表面处理ZnO
• 3.2.2 PBS/ZnO复合材料界面形貌观察
• 3.2.3 ZnO对PBS力学性能的影响
• 3.2.4 PBS/ZnO复合材料热稳定性研究
• 3.2.5 PBS/ZnO复合材料的结晶行为
• 3.3 本章小结
• 4 阻燃PBS/ZnO复合材料的阻燃与抑菌性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料与仪器
• 4.1.2 阻燃PBS/ZnO复合材料的制备
• 4.1.3 阻燃PBS/ZnO复合材料性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 阻燃PBS/ZnO纳米复合材料的力学性能
• 4.2.2 nano-ZnO对阻燃PBS材料阻燃性能的影响
• 4.2.3 阻燃PBS/ZnO纳米复合材料的抑菌性
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢