聚对二氧环己酮结晶及力学性能研究

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聚对二氧环己酮(PPDO)是一种可降解的生物医用高分子材料,具有优异的生物降解性,生物可吸收性,生物相容性和柔顺性,广泛的应用于生物医学领域,可是PPDO的力学强度较差,分子链中的醚基使PPDO较亲水在潮湿的环境中降解比较快,力学性能损失较快,为了获得性能良好的聚对二氧环己酮,本文中首先将聚对二氧环己酮的结晶结构,结晶型态进行了详细的研究,以期从分子内部改性PPDO。深入的了解了PPDO的结构之后将纳米粒子八甲基倍半硅氧烷与PPDO共混形成纳米复合材料改性PPDO。  高分子材料的结晶结构及结晶型态能够影响材料的应用,深入的了解PPDO的结晶能够更好地应用PPDO。首先,用DSC研究了PPDO的等温结晶,用Avrami方程解释了PPDO的等温结晶,随着结晶温度的升高结晶速率变慢,在高温下晶核不容易存在,在等温结晶随后的升温曲线上出现了双重熔融峰,DSC不同的升温速率显示PPDO的双重熔融峰是熔融重结晶的过程。高分子材料的非等温结晶及非等温冷结晶对于材料的加工过程具有指导意义,能够在加工过程中改性材料,用Ozawa方程完美的解释了PPDO的非等温结晶,但是Ozawa方程并不能解释PPDO的非等温冷结晶,用Avrami方程跟Ozawa方程联合的莫志申方程来解释PPDO的非等温冷结晶。自成核结晶对于材料通过加工过程获得不同结晶度不同性能具有一定的意义,用DSC研究显示PPDO的熔融区域具有三个不同的区间:DⅠ(Ts≥116℃)完全熔融区域,DⅡ(106℃≤ Ts≤116℃)自成核区域,DⅢ(Ts≤106℃)自成核及退火未熔融PPDO的区域。在自成核区域中PPDO的降温过程中产生的晶核比较多,产生较多量的晶体,在随后的升温曲线上显示出较大的结晶度。淬火过程对于材料的一些性能影响非常显著,因此用DSC研究了不同的降温速率对于PPDO的影响,在较高的降温速率下可以获得无定型的PPDO,可是研究显示在较高的降温速率下也可以产生晶核,因为存在一定数量的晶核,所以等温冷结晶速率比较大。  加入纳米粒子不仅能够促进一些高分子材料的结晶同时能够增强高分子材料。用简单的共沉淀的方法获得了PPDO/ome-POSS纳米复合材料,SEM显示ome-POSS在纳米复合材料中分散性较差,但是具有良好的相容性。用Fillion公式显示加入ome-POSS能够促进PPDO的晶核的数量,可是PPDO的晶核的数量并不是随着加入ome-POSS的增多而增多,晶核数量比较稳定,DSC的等温结晶显示加入ome-POSS能够促进PPDO的结晶,同时显示PPDO的等温结晶速率并不是随着ome-POSS量的增多而变大,这与Fillion公式获得的结果是相似的。XRD及POM数据显示ome-POSS加入到PPDO中并没有改变PPDO的结晶形态。PPDO/ome-POSS纳米复合材料的自成核结晶显示也是存在三个不同的区域,在DⅡ中结晶性的ome-POSS能够作为晶核存在所以在DⅡ中晶核数量比纯的PPDO要多。最后由于分散性太差所以ome-POSS并没有改善PPDO的力学性能。  为了获得分散性良好的PPDO/ome-POSS纳米复合材料,用溶剂挥发的方法将ome-POSS分散在PPDO基体中,SEM显示ome-POSS在PPDO基体中分散良好。用Fillion公式获得的结果显示ome-POSS能够增加PPDO的晶核,而且随着ome-POSS加入量的增多PPDO的晶核数量增多,用DSC研究了PPOD/ome-POSS纳米复合材料的等温结晶,用Avrami方程完美的解释了复合材料的等温结晶,数据显示加入ome-POSS能够促进PPDO结晶而且随着加入量的增多而增大。XRD及POM实验显示加入ome-POSS没有改变PPDO的结晶型态,同时POM显示加入ome-POSS能够促进PPDO的结晶。DSC的自成核结晶显示PPDO/ome-POSS纳米复合材料也会出现三个区域,在自成核区域结晶性的ome-POSS能够作为晶核增加了PPDO的晶核的数量。由于用溶剂挥发的方法获得的纳米复合材料分散性良好,所以改善了PPDO的力学性能。
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