生物降解聚乳酸共混体系的结晶行为与性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jeanndy
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聚乳酸(PLLA)具有诸多优异的性能,如优良的生物可降解性、生物相容性、原料可再生,材质透明无毒,在人们生活中被普遍地应用于包装材料、医药行业、农业薄膜等各个领域。但是聚乳酸性脆,结晶速率慢等缺点限制了其应用,可通过加入成核剂或增塑剂来改善聚乳酸的性能。本文通过溶液挥发法分别制备了聚乳酸/聚乙烯醇(PVA)和聚乳酸/聚己二酸二甘醇酯(PDEGA)两种共混体系,同时,本文利用多种表征手段研究了以PLLA为基体的两种共混体系的基本热行为、结晶动力学、球晶形态、晶体结构、力学性能以及热稳定性。研究结果如下:1. PLLA/PVA共混体系中,PVA含量为0.5和1wt%,详细研究了不同结晶条件下PVA对PLLA结晶行为的影响。与纯PLLA相比,共混样品中PLLA的非等温熔融结晶温度提高,并且非等温冷结晶温度降低,表明PVA同时促进了PLLA的非等温熔融结晶和冷结晶行为。在相同的结晶温度下,共混样品中PLLA的熔融结晶速度明显要比纯PLLA的结晶速度快,且其结晶机理并没有发生改变。球晶形态和球晶生长速率的研究结果表明,PVA不仅提高了共混样品中PLLA球晶的成核密度,也在一定程度上提高了其球晶生长速率,从而加快了PLLA的整个等温结晶过程。因此,PVA不仅是PLLA结晶的有效成核剂,可提高PLLA的球晶成核密度,而且还在一定程度上提高了PLLA的球晶生长速率,从而加速了PLLA的整个结晶过程。因此,PVA能促进PLLA的结晶,并且它可能是第一个在如此低含量下就可以同时提高PLLA的球晶成核密度和球晶生长速率的生物可降解性高分子。PVA的存在并没有改变PLLA的晶体结构。对PLLA/PVA共混样品的结晶,此工作也讨论了一种可能的成核机理。2. PLLA/PDEGA共混体系中,PDEGA含量低于30wt%时,玻璃化转变温度(Tg)有且仅有一个且随PDEGA含量的增加而降低;而PDEGA含量不小于30wt%时,出现两个Tg分别归属于PDEGA和PLLA且随组分的变化相互接近。因此,从Tg值随组成的变化来判断PLLA/PDE共混样品的相容性可知,PDEGA含量大于30wt%时,PLLA/PDEGA共混样品为部分相容,反之,为完全相容。在非等温熔融结晶中,随PDEGA含量的增加,熔融结晶温度和熔融结晶焓升高,说明PDEGA促进了PLLA的非等温熔融结晶;等温熔融结晶及Avrami处理结果发现,随PDEGA含量的增加,结晶半时间的倒数升高,说明PDEGA加快了PLLA的整个等温熔融结晶过程。PLLA球晶为不依热成核的三维有序生长且PDEGA的加入并没有改变PLLA的结晶机理,晶体结构和成核密度,而PLLA的球晶生长速度却提高了,且在结晶温度126℃下达到最大值;随着PDEGA含量的增加,PLLA/PDEGA共混样品的拉伸强度和杨氏模量降低,断裂伸长率得到一定程度的提高,因此,PDEGA的加入提高了PLLA的延展性。
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