共晶聚合物聚(3-羟基丁酸-3-羟基戊酸)[P(HB-co-HV)]多重熔融峰形成机理研究

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可结晶高分子材料制品的性能很大程度上取决于高分子的聚集态结构,尤其是对于存在共晶的无规共聚物,其复杂的结晶行为与链结构密切相关,共晶的存在使得晶体结构和形态具有多样性,从而能够通过调整共聚单体的化学结构、含量和分布,精确调控其聚集态结构特别是晶体结构,优化可共晶共聚物的性能,拓宽其在不同领域的应用。本论文以无规共晶聚合物P(HB-co-HV)作为示例聚合物,通过同步辐射广角X射线衍射(WAXD)、小角X射线散射(SAXS)和差示扫描量热仪(DSC)研究了共聚单元对P(HB-co-HV)结晶结构和热行为的影响,其主要内容如下:1.通过对HV含量低于10 mol%的P(HB-co-HV)熔融过程中双重熔融峰现象的研究,发现低HV含量P(HB-co-HV)中存在不同的片晶结构,即HV完全排出的均匀片晶和HV部分排入的三明治片晶。随着温度的升高,较薄的均匀片晶先熔融,较厚的三明治片晶后熔融,揭示了双重熔融峰的形成机理。并且随着HV含量的增加,三明治片晶数量和晶体中HV含量也随着增加。2.通过对高HV含量的P(HB-co-36.2%HV)双重熔融峰现象的研究,发现与HV含量低于10 mol%的P(HB-co-HV)的熔融行为存在较大差异,即高HV含量的P(HB-co-HV)两个熔融峰之间的温差超过50.0℃且没有明显重结晶峰,表明存在与低含量不同的片晶结构。在一维WAXD曲线中,可以观察到(020)和(110)晶面的双重衍射峰在不同温度阶段消失的现象,对应不同的晶体结构在不同温度范围内熔融。结合WAXD和SAXS分析,发现先发生熔融的是HV完全排入晶体组成的较薄的不稳定的均匀片晶,而后发生熔融的是HV部分排入晶体的较厚的三明治晶体。同时也发现,三明治片晶和均匀片晶分别在降温和随后的等温结晶过程中形成。3.通过对HV含量在10 mol%至30 mol%之间P(HB-co-HV)的多重熔融峰现象的研究,发现三重熔融峰是由较薄不稳定的HV完全排入的均匀片晶、较薄的HV部分排入的三明治片晶和较厚的HV部分排入的三明治片晶分阶段熔融导致的,也证实了HV含量在10 mol%前后晶体结构不同。结合WAXD和SAXS分析,发现HV含量较低的P(HB-co-19.4%HV)具有较大的第二重熔融峰,并且较薄的三明治片晶具有较大晶胞参数,表明存在HV部分排入晶体向完全排入晶体转变的过渡结构。随着HV含量的增加,高低熔融峰温差变大,晶体中HV含量增加,并且当HV含量接近于30 mol%时,P(HB-co-HV)基本不存在过渡结构。
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