层状粘土改性脂肪族聚酯纳米复合材料的制备、结构和性能研究.pdf

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1、分类号TQ327密级层状粘土改性脂肪族聚酯纳米复合材料的制备、结构和性能研究研究生姓名：毛龙指导教师姓名、职称：刘跃军教授专业名称：材料科学与工程研究方向：生态型功能包装材料技术与装备湖南工业大学二〇一八年六月二十日分类号TQ327密级层状粘土改性脂肪族聚酯纳米复合材料的制备、结构和性能研究Aliphaticpolyesternanocompositesbasedonmodifiedlayeredclay:preparation,structuresandproperties研究生姓名：毛龙指导教师姓名、职称：刘跃军教授副指导教师姓名、职称：专业名称：材料科

2、学与工程研究方向：生态型功能包装材料技术与装备论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一八年六月二十日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学

3、校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要作为目前最有潜力的高分子材料之一，脂肪族聚酯不仅来源广泛，而且具有优异的生物可降解性和生物相容性，对节能减排和绿色环保具有重大意义，是未来可降解高分子包装材料领域的发展趋势之一。然而在生产实践中，脂肪族聚酯因其具有结晶性较高、力学性能较低和热稳定性较差等不足从而阻碍了其实际使用，需要对其进行共聚改性、纳米粒子填充改性等方式来改善其相关性能，提高其包装保护功能（如阻隔和抗菌性等），拓展其在绿色包装领域

4、的应用。本文一方面以利用大分子脂肪族聚酯端羟基引发己内酯（ε-CL）开环聚合，设计合成脂肪族聚酯嵌段共聚物，从而制备出热性能、力学性能满足设计要求的脂肪族聚酯，并讨论了大分子预聚体PBS引发剂含量对嵌段共聚物的性能影响；另一方面，基于“开环聚合”和“仿生学原理”的思路对层状粘土层状双羟基复合金属氧化物（LDHs）进行表面改性，并将表面改性LDHs与脂肪族聚酯及其共聚物通过溶液浇筑成膜的方式制备出纳米复合材料，系统地考察了不同的表面改性LDHs对纳米复合材料阻隔性能、力学性能等相关性能的影响。进一步地，本文还尝试对表面改性LDHs进行二次功能化，利用表面改性L

5、DHs的自身还原性原位固定负载Ag纳米粒子（AgNPs），制备出AgNPs负载LDHs抗菌粒子（Ag-LDHs），并与脂肪族聚酯采用溶液浇筑成膜的方式制备出抗菌纳米复合材料，研究了抗菌纳米复合材料的抗菌性能、阻隔性能和力学性能等。论文的主要内容和结果如下：1．以1,4-丁二酸和1,4-丁二醇为原料合成了羟基封端的聚丁二酸丁二醇酯（PBS），再以预聚体PBS的端羟基引发ε-CL开环聚合，成功合成了一种脂肪族聚酯三嵌段共聚物（PCL-PBS-PCL）。结果表明，4嵌段共聚物PCL-PBS-PCL的Mn最高达到12×10。随着PCL嵌段比例的增加，PCL分子链对P

6、BS嵌段的限制作用加强，导致PBS的结晶能力显著减弱，嵌段共聚物的分子链柔顺性增加。相比于预聚体PBS，PCL-PBS-PCL的断裂伸长率提高幅度超过500%，达到最大值571%。合适嵌段比例的脂肪族聚酯嵌段共聚物不仅可以单独作为可降解高分子材料使用，还可以用作PBS/PCL复合材料的增容剂，改善PCL和PBS的相容性。2．在成功合成出脂肪族聚酯三嵌段共聚物PCL-PBS-PCL的基础上，考虑到同样可以利用LDHs表面的多羟基性引发ε-CL原位开环聚I合制备出原位聚合改性LDHs（LDHs-g-PCL），利用嵌段共聚物PCL-PBS-PCL与LDHs-g-P

7、CL具有相同PCL分子链段，从而使改性层状粘土在纳米复合材料中表现出更好的相容性。进一步通过溶液浇筑成膜制备出LDHs-g-PCL/PCL-PBS-PCL纳米复合材料。研究发现，随着LDHs-g-PCL的加入，PCL分子链的结晶逐渐增多，PBS嵌段的结晶受限程度逐渐加强，这导致纳米复合材料的高温熔融峰向低温移动，低温熔融峰向高温移动，同时热稳定性也随之降低。当LDHs-g-PCL的质量分数为20%时，相比PCL-PBS-PCL，纳米复合材料的断裂伸长率提高了35%，氧气渗透性降低了31%。氧气阻隔性能的提高不仅与层状结构的LDHs延长氧气分子在基材中的曲折渗

8、透路径密不可分，而且更重要的是LDHs-g-PCL加