摘要
聚乳酸（PLA）作为生物可降解材料，可替代传统石油基通用塑料，但PLA极易燃烧且韧性较差，极大地限制其应用范围。因此，对PLA进行阻燃增韧改性成为近年来研究的热点。本论文通过熔融共混法制备复合材料，研究反应型阻燃剂10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO-HQ）对PLA阻燃性能和热稳定性能的影响及DOPO-HQ对PLA的增韧作用；探讨柔性可降解树脂聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）增韧改性DOPO-HQ和6H-二苯并[c,e][1,2]氧代磷酸甘油酯,6,6''-(1,2-苯乙基)双-,66''-二氧化物（DIDOPO）阻燃PLA复合材料的性能，对比研究不同DOPO结构复合材料阻燃性能、热稳定性和力学性能。主要研究内容及结果如下： 1.通过添加不同含量的反应型阻燃剂DOPO-HQ制备出PLA/DOPO-HQ复合材料。利用垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）、锥形量热（CCT）对PLA/DOPO-HQ复合材料阻燃性能进行研究，结果表明DOPO-HQ的添加量为7.5wt%时PLA复合材料达到UL-94V-0级，LOI从21.6%提高至28.4%。采用扫描电镜（SEM）、拉曼（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）对复合材料CCT测试后炭层进行形貌观察与元素分析，结合热重（TG）、热重-傅里叶红外光谱联用（TG-IR）分析复合材料的热稳定性和热降解产物，发现DOPO-HQ主要通过促进PLA成炭，同时分解释放含磷自由基发挥阻燃作用。利用31P核磁、红外光谱及差示扫描量热仪（DSC）证实了DOPO-HQ主要通过自身-OH与PLA分子链中的-COOH发生酯化反应以及降低PLA复合材料结晶度，起到了改善PLA复合材料断裂伸长率和冲击强度的作用。 2.利用柔性树脂PBAT共混增韧阻燃PLA制备得到PLA/PBAT/DOPO-HQ和PLA/PBAT/DIDOPO复合材料。阻燃性能测试结果表明DIDOPO与DOPO-HQ均提高了复合材料的阻燃性能，但相同添加量下DIDOPO的阻燃效果优于DOPO-HQ；利用SEM、Raman、XPS和TG-IR分别对两种复合材料残余炭层和热分解产物进行详细分析，研究表明DOPO-HQ和DIDOPO均兼具气相阻燃和凝聚相阻燃机理。TG测试发现，与PLA/PBAT相比，PLA/PBAT/DOPO-HQ和PLA/PBAT/DIDOPO复合材料热稳定性均有所提高，并且热分解残余率增加，说明阻燃剂的加入促进复合材料成炭；采用Kissinger法和FWO法对两种复合材料热降解动力学进行研究，验证了阻燃剂有利于PLA/PBAT热稳定性的提高。此外，力学测试发现PLA/PBAT/DOPO-HQ-7.5断裂伸长率为26.5%略高于PLA/PBAT/DIDOPO为23%，两种复合材料韧性与PLA相比均明显提升，制备出了兼具阻燃性能与韧性的PLA复合材料。
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