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两种不同构型聚乳酸共混物的结晶性能研究

作　者: 张伟伟
导　师: 杨革生
学　校: 东华大学
专　业: 物质智能系统工程
关键词: 聚乳酸立构复合结构结晶共混物性能
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

聚乳酸作为生物可降解材料的一种,对环境友好、无毒害,可应用于组织工程、药物缓释等生物医用材料,以及石油基塑料的替代材料。根据立体异构的不同,聚乳酸可分为聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)、聚消旋乳酸(PDLLA)等几种不同的旋光性聚合物。PLLA与PDLA共混形成立构复合结晶(sc-PLA)可以明显提高PLA的耐热性等,从而进一步扩大PLA的应用范围。因此,通过PLLA与PDLA共混形成立构复合结晶将是改善聚乳酸耐热性最有效和最有前途的方法。聚乳酸的结晶性能取决于其自身的性质。为了选择合适的有利于形成立构复合结构聚乳酸(sc-PLA)的原料,本论文对几种PLLA以及PDLA原料的性质如粘均分子量以及消旋度等进行了分析。在此基础上,选择了消旋度较低,且分子量接近的PLLA-4和PDLA-1以1：1的比例进行配对共混,得到的共混物具有较好的结晶能力。通过对PLLA/PDLA共混物结晶性能的研究发现,尽管在共混物中生成较多的sc-晶体,但仍然存在大量的单组分晶体。为了减少单组分晶体的量,同时促进sc-晶体的形成,从而改善共混物的热性能,本论文对共混薄膜以及纤维进行了不同条件的处理,并对处理后样品的结晶性能进行了分析。结果表明,热处理后的薄膜sc-结构的结晶度有较大幅度的提高,且随着热处理时间的增加以及热处理温度的升高而增加；与之对应,单组分晶体随之减少。与初生纤维相比,拉伸后纤维的结晶度显著增加,且随着拉伸倍数的增加,单组分晶体以及sc-晶体的含量均有一定程度的增加。对拉伸后的PLLA/PDLA共混物纤维进行热处理,纤维的结晶度明显提升。低温热处理(160℃以下)对纤维中单组分晶体的影响不大；而当热处理温度达到180℃甚至更高时,单组分晶体随之熔化消失。sc-晶体的含量经热处理后显著增加,并且随热处理温度的升高而逐步增加,当温度为200℃时,部分熔化的单组分晶体转化成sc-晶体,从而使纤维中的sc-晶体的含量再次大幅度增加。随着热处理温度的提高,纤维的断裂强度及初始模量下降,而断裂伸长呈现先增大后减小的变化趋势。高温热处理尽管增加了纤维中的sc-晶体的含量,提高了纤维的耐热性能,但严重降低了纤维的力学性能。为了使PLLA与PDLA共混时形成较完全的立体复合结构,本论文选用五种成核剂,分别为TMP、TMC、水滑石、TMC与水滑石共混以及TMP与水滑石共混,研究了不同成核剂对PLLA/PDLA熔融共混物结晶性能的影响。研究发现,聚乳酸共混体系结晶速率较缓慢,加入成核剂后能显著提高结晶度和结晶速率。其中TMP、TMC既能抑制PDLA、PLLA晶体的形成,又能促进立体复合晶体的生成,是一种非常有效的聚乳酸共混体系的成核剂。论文最后采用差示扫描量热仪(DSC)研究了该共混体系的非等温结晶动力学,并分别按照Avrami方程和莫志深提出的方法对所得数据进行了分析处理,得到了相关的结晶动力学参数。F(T)值随着相对结晶度C(T)的增加而增大,表明在单位时间内,共混物熔体结晶要达到高的相对结晶度需选取高的冷却速率；Ozawa指数m值约在2.2-3.4之间,说明该共混体系在结晶过程中主要以异相成核生长形成球形晶体。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章前言  11-18
  1.1 概况  11-12
  1.2 聚乳酸的合成  12-13
  1.3 聚乳酸立构复合结构(sc-PLA)的形成以及性能的研究进展  13-16
  1.4 PLLA/PDLA共混纤维中立构复合结构形成的研究进展  16
  1.5 成核剂对聚乳酸及其共混物结晶性能的影响  16-17
  1.6 论文各章安排  17-18
第二章原料性质以及配比对PLLA/PDLA共混物结晶性能的影响  18-35
  2.1 引言  18
  2.2 实验部分  18-20
    2.2.1 原料  18-19
    2.2.2 切片干燥  19
    2.2.3 PLLA/PDLA共混物膜的制备  19
    2.2.4 粘均相对分子质量测试  19-20
    2.2.5 DSC测试  20
    2.2.6 核磁分析  20
    2.2.7 偏光显微镜(POM)测试  20
  2.3 结果与讨论  20-34
    2.3.1 原料分析  20-28
    2.3.2 PLLA/PDLA溶液共混物的结晶性能分析  28-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章加工条件对PLLA/PDLA共混物结晶性能的影响  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 原料  35-36
    3.2.2 膜的制备以及热处理  36
    3.2.3 共混PLA纤维的纺丝以及后处理  36
    3.2.4 纤维力学性能的测试  36-37
    3.2.5 结晶性能的分析  37
  3.3 结果与讨论  37-46
    3.3.1 不同热处理温度对PLLA/PDLA共混物膜结晶性能的影响  37-38
    3.3.2 不同热处理时间对PLLA/PDLA共混物膜结晶性能的影响  38-41
    3.3.3 拉伸倍数对PLLA/PDLA纤维结晶性能的影响  41-42
    3.3.4 热处理温度对PLLA/PDLA纤维结晶性能的影响  42-44
    3.3.5 热处理温度对PLLA/PDLA纤维晶体结构的影响  44-45
    3.3.6 热处理温度对PLLA/PDLA纤维力学性能的影响  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章成核剂对PLLA/PDLA熔融共混物的结晶性能影响  47-62
  4.1 引言  47-48
  4.2 实验部分  48-49
    4.2.1 原料和成核剂  48
    4.2.2 制样  48-49
    4.2.3 测试  49
  4.3 结果与讨论  49-61
    4.3.1 添加不同成核剂的PLLA/PDLA共混物结晶形貌分析  49-52
    4.3.2 成核剂种类对PLLA/PDLA共混物热性能以及结晶性能的影响  52-55
    4.3.3 PLLA/PDLA共混物非等温结晶动力学研究  55-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章全文结论  62-64
参考文献  64-69
攻读硕士期间发表论文  69-70
致谢  70

两种不同构型聚乳酸共混物的结晶性能研究

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