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聚乳酸结晶、熔融行为以及无序—有序相转变

作　者: 胡德富
导　师: 申长雨；王亚明
学　校: 郑州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚乳酸改性冷结晶熔融行为 α’-α转变
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 105次
引　用: 1次
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内容摘要

聚乳酸（PLA）是源于可再生农业资源玉米的可生物降解塑料,已在生物医用、包装等领域成功应用。由于聚乳酸结晶速率低,在通常的成型加工条件下得到的是非晶制品,使其在有耐温要求领域的应用受到限制。本论文拟通过对聚乳酸进行改性以及对非晶聚乳酸进行冷结晶（退火）处理两种方式来提高聚乳酸的结晶度,拓展其应用范围。在改性方面,本文研究了在聚乳酸中添加滑石粉（成核剂）和PEG（增塑剂）的协同作用对其结晶行为的影响。利用差示扫描量热仪（DSC）研究了改性前后聚乳酸的非等温结晶行为,发现在相同的冷却速度下、改性后PLA的结晶焓明显提高,半晶期显著降低。用三种非等温结晶动力学模型对DSC数据进行了分析。结果发现Jeziorny方法、Ozawa方法和莫志深方法都适合描述改性前后聚乳酸的非等温结晶动力学,并在实验基础上,拟合出材料的结晶动力学参数。本文还利用偏光显微镜（POM）观察等温结晶过程中及结晶完成后聚乳酸球晶的形态,并计算球晶半径的生长速度,探讨了聚乳酸结晶能力提高的原因。在冷结晶方面,本文研究了聚乳酸在不同温度下冷结晶以及随后的熔融行为。发现结晶温度T_c接近玻璃化转变温度或接近熔融温度时,PLA的结晶速率非常慢。还观察到T_c在100—135℃之间时出现一个比较宽的、t_p（DSC曲线中,从结晶开始的点至结晶峰峰值所需的时间）的最小值平台。在不同温度下冷结晶后的熔融行为存在很大的差异,观察到三重熔融峰、双重熔融峰及单峰等不同的熔融行为,按熔融峰峰温由高到低分别将三个熔融峰命名为P₁、P₂、P₃,其中P₃峰是在聚乳酸体系中首次报导。熔融-再结晶模型合理的解释了熔融行为的差异,但并没有能够解释P₂峰峰温(T_m2)的突变。用广角X射线衍射（WAXD）对试样结晶结构的探测表明:不同温度下冷结晶后聚乳酸晶体的晶型不同,温度较低时（T_c＜110℃）为无序的α’型晶体、温度较高时（T_c≥110℃）为有序的α型晶体,通过晶型的不同解释了T_m2的突变。α’型晶体在退火过程中会发生α’-α的转变,本文认为PLA晶体在这一过程中发生了熔融。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 概述  9-11
  1.2 聚乳酸的结构与性能  11-16
    1.2.1 聚乳酸的分子结构和晶体结构  11-12
    1.2.2 聚乳酸的性质与性能  12-15
      1.2.2.1 物理化学性质  12-13
      1.2.2.2 力学性能  13-14
      1.2.2.3 流变性  14-15
      1.2.2.4 降解性能  15
    1.2.3 聚乳酸的熔融行为  15-16
  1.3 聚乳酸的改性  16-18
    1.3.1 化学改性  16-17
    1.3.2 物理改性  17-18
  1.4 聚乳酸的应用  18-20
    1.4.1 农业用途  18
    1.4.2 医用用途  18-19
    1.4.3 包装用途  19
    1.4.4 纺织用途  19-20
  1.5 选题意义及研究内容  20-21
第二章改性聚乳酸的结晶行为  21-47
  2.1 前言  21
  2.2 实验部分  21-23
    2.2.1 原料  21
    2.2.2 制样  21-22
    2.2.3 测试  22-23
  2.3 结果与分析  23-46
    2.3.1 DSC曲线的分析  23-33
    2.3.2 非等温结晶动力学分析  33-44
      2.3.2.1 Jeziorny方法  33-37
      2.3.2.2 Ozawa方法  37-41
      2.3.2.3 莫志深方法  41-44
    2.3.3 等温结晶过程分析  44-46
  2.4 小结  46-47
第三章冷结晶聚乳酸的多重熔融行为  47-60
  3.1 前言  47
  3.2 实验部分  47-48
    3.2.1 原料  47
    3.2.2 测试  47-48
  3.3 结果与讨论  48-58
    3.3.1 PLA冷结晶峰峰值时间  48-49
    3.3.2 PLA的多重熔融行为  49-58
  3.4 小结  58-60
第四章聚乳酸晶型转变  60-68
  4.1 前言  60
  4.2 实验部分  60-61
    4.2.1 原料  60
    4.2.2 测试  60-61
  4.3 结果与讨论  61-67
  4.4 小结  67-68
第五章总结与展望  68-70
  5.1 总结  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-73
攻读学位期间发表的论文  73-74
致谢  74

聚乳酸结晶、熔融行为以及无序—有序相转变

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